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Rotación Galáctica: repaso de conceptos y evidencia materia oscura

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Sebtor

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« : Lun, 19 Ago 2024, 14:46 UTC »

la rotación de galaxias, aclarando conceptos y la gran evidencia observacional de la llamada "materia oscura" que influye en la estructura y dinámica del Universo. Los conceptos que pueden parecernos simples,  pueden ser complejos, aquí nuestra intuición, ante magnitudes densidad del vacío, o distancias y tamaños inimaginables como los 100.000 años luz de tamaño de nuestra galaxia, nos hacen derrapar y zozobrar rápidamente.  


giro horario o antihorario?   viendo éste "truco" de imagen especular, solo se pretende llamar la atención sobre el tema: ...
 ¿hacia que sentido crees que giran?
podría no ser como tu intuición sugiere

1. Rotación de las Galaxias Espirales, y qué son los Brazos



1.1. entendiendo que el Sentido de Rotación de las galaxias SOLO es relativo desde donde mires


- No se puede definir un sentido de rotación "horario o antihorario" de manera absoluta en el contexto de las galaxias, ya que no existen referencias universales. En el caso de las galaxias espirales, la orientación de los brazos espirales puede sugerir un sentido de rotación, pero esta percepción es relativa y depende de la perspectiva del observador. La rotación de una galaxia siempre será "horaria" o "antihoraria" dependiendo de desde qué polo se mire.

1.2 Rotación de la Masa Galáctica:


- Aunque hablamos de una rotación "general" en las galaxias, cada estrella dentro de una galaxia tiene su propia órbita. La masa total de la galaxia rota, pero no de manera uniforme debido a las órbitas individuales de estrellas, nubes de gas y polvo. Además, se diferencia entre diferentes poblaciones estelares (estrellas de Población I, II y, en las galaxias más antiguas incluso III).

1.3 Rotación de la Vía Láctea:


- La rotación de la Vía Láctea, como la de cualquier galaxia, es difícil de definir de manera absoluta, especialmente desde nuestra posición interna dentro de ella. Al estar inmersos en la Vía Láctea, cualquier intento de determinar un sentido de rotación está influido por nuestra perspectiva particular. Incluso si definimos un "polo Norte" galáctico, la rotación observada sigue siendo relativa y depende de la convención adoptada. Por lo tanto, el sentido de rotación es subjetivo y no puede establecerse de forma objetiva desde un único punto de vista.

1.4 Ondas de Densidad y Brazos Espirales:


- En las galaxias espirales, los brazos espirales no son estructuras fijas. Lo que observamos son *ondas de densidad* en el disco galáctico. Estas ondas representan regiones donde la materia se acumula temporalmente, creando áreas de mayor densidad que atraen más material debido a la gravedad. Esta acumulación facilita la formación de nuevas estrellas.  La densidad en los brazos espirales puede ser +10% +30% +50% o +100% mayor que en el resto del disco galáctico o interbrazo. La luz observada en los brazos espirales está relacionada con las estrellas jóvenes y ultraluminosas formadas en regiones H II en colapso. Estas estrellas tienen una vida media corta, de pocas decenas de millones de años, debido a su alto consumo de combustible. En comparación, las estrellas más pequeñas y longevas pueden durar miles de millones de años y dispersarse por la galaxia.
*    

- Símil:

Las ondas de densidad son comparables a las ondas de tráfico en una autopista: aunque los vehículos se mueven hacia adelante, la acumulación temporal de vehículos crea una "onda" de densidad que se desplaza. De manera similar, los brazos espirales se mueven a través del disco galáctico, comprimiendo el gas y formando nuevas estrellas.
*    

- Nota:

No confundir las ondas de densidad con las ondas gravitacionales. Las ondas gravitacionales, predichas por la teoría de la relatividad general, son perturbaciones en el espacio-tiempo, mientras que las ondas de densidad son patrones de alta densidad que se desplazan a través del disco galáctico, generando formación estelar.


1.5 Los cálculos matemáticos vs. observación ¿qué indican?:



- Los cálculos matemáticos y las observaciones astronómicas han revelado diferencias significativas entre la masa visible de las galaxias y la masa total que se infiere a partir de sus curvas de rotación. Un estudio destacado es el de la galaxia M-33, donde se observa que la velocidad de rotación no disminuye con la distancia al centro de la galaxia, como se esperaría si solo la materia visible estuviera presente. En cambio, la curva de rotación se mantiene alta, lo que sugiere la presencia de una gran cantidad de materia no visible, conocida como materia oscura.
 Esta discrepancia es una de las evidencias más irrefutables de la existencia de materia oscura, que tiene masa y, por tanto, influencia gravitatoria, pero no interactúa con la materia conocida de la misma manera. El resultado es espectacular y ha llevado a una mejor comprensión de la estructura y dinámica de las galaxias.




2. Escalas de Tiempo, Tamaño y Velocidades en las Galaxias:



2.1 Tamaño de las Galaxias:


- Las galaxias varían en tamaño. La Vía Láctea, por ejemplo, tiene un diámetro de aproximadamente 100,000 años luz.

2.2 Tiempo que Tarda la Luz en Cruzar la Vía Láctea:


- La luz, viajando a una velocidad de aproximadamente 300,000 km/s, tardaría unos 100,000 años en cruzar la Vía Láctea de un extremo a otro.

2.3 Comparación con Ondas de Choque:


- Las ondas de choque en las galaxias se desplazan a velocidades típicas de alrededor de 1,000 km/s. A esta velocidad, una onda de choque de supernova tardaría aproximadamente 100 millones de años en cruzar una galaxia del tamaño de la Vía Láctea, asumiendo que no se disipe antes de alcanzar el otro extremo.


2.4 tabla comparativa de distintas Galaxias conocidas



Nombre ComúnCatálogo y NúmeroTipo de GalaxiaMasa (en soles)Diámetro (años luz)Tiempo de 1 RotaciónVeloc. Media Rotac. (km/s)Distancia al Centro (a-luz)Masa Agujero Negro Central (soles)Veloc. Radial (km/s) Redshift Z
Vía LácteaN/ASBbc1.5 × 10^12100,000-200,000225-250 millones de años22004 × 10^6~00.00000
Gran Nube de MagallanesLMCSBm1 x 10^1014,000~1.5 mil millones de años91163,000Desconocido~2620.00093
Pequeña Nube de MagallanesSMCSBm  7 × 10^97,000Desconocido60200,000Desconocido1580.00053
AndrómedaM31SA(s)b1.2 × 10^12220,000225 millones de años2502.54 millones1.1 × 10^8-301-0.00100
Galaxia del TriánguloM33SA(s)cd6 × 10^1060,000600 millones de años1003 millonesDesconocido-179-0.00060
NGC 3109UGCA 194, PGC 29128SBm (Irregular)2.3 × 10^941,700Desconocidodesc.4.3 millonesNo posee4030.00134
Centaurus ANGC 5128, Caldwell 77S0 pec o EpDescon.60,000Desconocidodesc.11-13 millones55 millones5470.00183
Galaxia del MolineteM101SAB(rs)cd1 × 10^11170,000~250 millones de años17021 millonesDesconocido2400.00080
Galaxia de SombreroM104SA(s)a8 × 10^1150,000240 millones de años35031 millones1 × 10^910240.00335
M87NGC 4486E0/cD2.7 × 10^12120,000~3 mil millones de años~20053 millones6.5 × 10^912840.00428
NGC 4414NGC 4414SA(rs)c7 × 10^1056,000~300 millones de años26062 millonesDesconocido7160.00239
Messier 49M49E28 × 10^11157,000Desconocido~20055.9 millones5.65 × 10^89970.00332
M-77NGC 1068SA(rs)b
Seyfert 2
1 × 10^11100,000Desconocido~20047 millones~10^744700.015
Caldwell 35NGC 4889E4/cD7 × 10^11250,000Desconocido~300308 millones~2.1 × 10^1010,4400.037
IC 1101IC 1101E/S01 x 10^146,000,000Desconocido~3001.045 mil millones~40 × 10^923,1600.07670


3. ¿Compensación del momento angular en el Universo?



- No hay unanimidad en cuanto al sentido de rotación de las galaxias. Además debemos entiender el sentido estadístico comparativo dependiente de nuestra visual. La dirección de rotación de una galaxia depende de la perspectiva desde la que se observa. Aproximadamente (al menos por ahora) desde nuestro punto de vista, la mitad de las galaxias espirales parecen girar en sentido horario y la otra mitad en sentido antihorario. Esto se debe a que el universo es isotrópico, es decir, se ve igual en todas las direcciones, sin ninguna privilegiada.  Pero faltarían muchos datos para poder afirmarlo experimentalmente.
Hay quien tiene la idea de que las galaxias giran en una dirección compensan el momento angular de las otras galaxias, sugiriendo que el momento angular total del universo debería ser nulo. Es concepto complejo. Aunque hay estudios que sugieren que el momento angular de las galaxias puede estar distribuido de manera que se compense en promedio, no hay consenso absoluto sobre esta idea. Además, el momento angular de las galaxias está influenciado por varios factores, incluyendo interacciones gravitacionales y fusiones galácticas. Y recordad que siempre es función de la posición del observador. Por el momento se encuentra un 50% 50%.







una anécdota personal sobre el lío del sentido de rotación  Cheesy



en una clase de Astronomía de la Uni, recuerdo que en un momento dado se estaba creando un debate estéril sobre el tema, anisotropías si por mezclar el "suponer" hacia donde rota una galaxia?  ( que se puede saber por observación del efecto Doppler lumínico), pero nunca podemos fiarnos de la intuición!
Bueno, a lo que iba de la anécdota:   simplemente saqué la dispositiva del momento, creo que era similar a M-101, y la coloqué al revés.:   sudando No hay galaxias que giren en horario ni antihorario,  existe solamente Nuestro punto de vista.



Referencias de consulta



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Herumir

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« respuesta #1 : Lun, 19 Ago 2024, 19:54 UTC »

Excelente publicación, Sebtor. Muchas gracias.

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Sebtor

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BCN 
desde: sep, 2006
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« respuesta #2 : Lun, 19 Ago 2024, 20:21 UTC »

merci,  
estaba respondiendo en Andrómeda en movimiento  /  rotación animada artísticamente
y al final quería hacerlo bien,  que sinó, cuesta de ligar todos los conceptos.

le añado una tabla, con parámetros interesantes a comparar.
Como curiosidad, el valor mas estable común parece ser la Velocidad de Rotación, aunque notar que los tamaños son dispares.


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rat7

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