E’ sempre molto difficile rispondere alla domanda sul perchè un fenomeno naturale si manifesti in un certo modo piuttosto che in un’altro. Se accettiamo in prima approssimazione che i fenomeni naturali si propaghino ed evolvano secondo il principio di “minima energia”, possiamo dare una risposa generale più o meno valida per tutti i sistemi naturali, dai più semplici ai più complessi. Quindi le forme osservate in natura sono quelle che consentono ma laggiore efficienza.
A tale scopo viene spesso citata la forma sferoidale dei frutti (con ampie eccezioni), poichè la sfera è il corpo geometrico che a pari volume ha una superficie minima. Non è immediato da questo dedurre che superficie minima voglia dire anche meno energia, ma se pensiamo alla quantità di tessuto necessario per produrre la buccia, vediamo che in termini di conumo di tessuto/volume, la sfera è quella minima.
Detto questa premessa veniamo alla spirale delle galassie.
Da quando le galassie sono state osservate già nel 18.mo secolo fino a quando Hubble dimostro definitivamente che si trattasse di oggetti esterni alla nostra Galassia (Via Lattea) ci si è sempre chiesto perchè avessero forme spiraleggianti più o meno definite.
Consiglio a tale scopo di leggere anche la precedente risposta di M.Castellani http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?numero=6375.
La forma a spirale che vediamo in molte galassie non ha una fisicità reale, nel senso che la galassia non è realmente fatta da “bracci” di spirale luminosi (stelle) e bracci scuri (polveri).
Le galassie sono prevalentemente dei dischi (ignorando le altre strutture e l’alone galattico) in cui si alternano zone più luminose ad alta densità di formazione stellare e zone più scure dove la presenza stellare è più ridotta (ed in alcuni casi anche più mascherata nell’ottico). L’effetto complessivo visto da fuori è la presenza della forma a spirale di molte “galassie a spirale”. Il perchè della forma a spirale è ancora oggetto di dibattito e le due teorie oggi più accreditate (teoria delle onde di densità di Lin – Shu, teoria dell’autopropagazione) non hanno ancora avuto conferme definitive. La trattazione matematica per queste teorie è alquanto complessa (vedi risposa citata di Castellani). Sicuramente il disegno a spirale compare per effetto della rotazione della galassia, del campo gravitazionale, del modo con cui la forza centrifuga e centripeta si combinano, e della distribuzione non perfettamente simmetrica della materia su larga scala nelle galassie. Anche il fatto che le dimensioni galattiche siano enormi e che quindi la propagazione delle forze alla velocità della luce impieghi comunque qualche migliaia di anni (per le galassie a spirali standard Via Lattea e Andromeda circa 50000 anni dal centro alla periferia) per progarsi dal centro all’esterno è responsabile della formazione del disegno che osserviamo.
Se le galassie fossero di dimensioni più modeste diciamo di 1 anno luce probabilmente non avremmo questo effetto poichè le risultati delle forze in gioco si ridistribuirebbero con maggiore velocità. Tittavia siamo nel campo delle ipotesi.
Le galassie in generale galassie seguono la spirale logaritmica (equazione: r = a x emq con [a] ed [m] costanti, q angolo). ed è un caso che alcune seguano la spirale **aurea** Che poi alcune si adattino alla spirale logaritmica è un effetto casuale. Sembra comunque che la spirale logaritmica sia naturalmente associata alle galassie che si comportano come sistemi parzialmente rigidi, mentre quella archimedea corrisponde meglio a sistemi rotanti più fluidi. Difatti le galassie mostrano una velocità angolare costante per una grande percentuale del raggio, e non seguendo le leggi di Keplero per i sistemi legati gravitazionalmente.
Dalla analisi di Lin e Shu (onde di Lin-Shu) la forma a spirale emerge dal propagarsi della perturbazione (onda) che produce differenze di densità nel disco galattico tali da provocare poi l’innesco della formazione stellare.
Altre risposte di vialattea sulle spirali cosigliati:
http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=8002
http://www.vialattea.net/esperti/mat/sp-arch/
http://www.vialattea.net/hubble/1999/9925.htm
http://www.vialattea.net/esperti/mat/param/
http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=8707
http://www.vialattea.net/archeo/turoe.htm