Czy galaktyka może się obracać z dowolną prędkością?

Galaktyki, w tym Droga Mleczna, obracają się wokół własnej osi, którą jest prosta przechodząca przez środek galaktyki i prostopadła do jej powierzchni. Czy okres obrotu jest dowolny?

Galaktyki mają niewyobrażalne rozmiary. Średnica Drogi Mlecznej wynosi ponad 100 000 lat świetlnych (tyle czasu potrzebuje światło, aby przebyć drogę z jednego do drugiego krańca naszej Galaktyki) i grubość około 100 lat świetlnych.

Gdyby galaktyka była ciałem sztywnym, obiekty położone dalej od środka musiałyby pokonać większą drogę w czasie jednego obrotu (bo zakreślają w przestrzeni coraz to większe okręgi), a jak wiemy nic w przyrodzie nie może poruszać się z prędkością większa od prędkości światła.

Ten warunek wytycza zatem maksymalny okres obrotu galaktyki. Jak go wyliczyć? Załóżmy, że galaktyka jest ciałem sztywnym (co później omówimy) i wyliczmy hipotetyczny maksymalny okres obrotu "sztywnej" galaktyki.

Prędkość punktu poruszającego się po okręgu o promieniu r w czasie jednego obrotu T dana jest wzorem:

$v=\frac{2\pi r}{T}=2\pi rf$

Przyjmujemy za graniczną prędkość v=c (czyli prędkość światła) i po przekształceniu powyższego wzoru otrzymamy:

T=2πr/c

Prędkość światła to 2,9979·10⁸ m/s, a 2r to średnica naszej Galaktyki, czyli około 100 000 lat świetlnych = 9,4605 x 10²⁰ (skorzystaj z kalkulatora jednostek).

Otrzymujemy więc:

T ≈ 10¹³ s ≈ 31 700 lat

To jednak tylko czysto teoretyczne rozważania. W rzeczywistości Galaktyka nie jest ciałem sztywnym i powyższe przybliżenie jest bardzo słabe. Gwiazdy w galaktykach poruszają się z różnymi prędkościami.

Prędkość orbitalna dla przykładu Układu Słonecznego wynosi około 268 km/s, czyli 2,68·10⁵ (ponad 1100 razy wolniej od prędkości światła). Prędkość orbitalna gwiazd w dysku poza centrum zależy słabo od ich odległości od jądra Galaktyki i zwykle wynosi ponad 200 km/s. Okresy obiegu różnią się więc znacznie dla gwiazd znajdujących się w różnych odległościach od centrum Galaktyki. Galaktyka nie rotuje jak bryła sztywna, a jej widoczna struktura jest efektem dynamicznym.

Ciekawostki

Kakaowiec i pokarm bogów