Estructura:

• Nucleo
• Bulbo central
• Disco
• Halo

• Rotación galáctica
• La ley de rotación de la Galaxia
• Curva de rotación

Las observaciones indican que la mayoría de las estrellas en la vecindad solar y naturalmente en toda la Galaxia están confinadas en un disco estrecho. El plano de la Galaxia esta definido por la Vía Láctea y el centro de la Galaxia es en la dirección de las nubes de estrellas más densas en la constelación de Sagitario. Como la Vía Láctea define un gran circulo en el cielo, es obvio que el Sol, actualmente, está muy próximo al plano galáctico y su desviación o distancia es menos de unos 10 pc. Aunque la mayoría de las estrellas en la vecindad solar están en un disco estrecho, el espesor aparente del disco depende del tipo espectral de las estrellas, el resultado de las observaciones se muestra en la Tabla 17.1, las estrellas de los primeros tipos, que son jóvenes, están confinadas en un disco más estrecho que las de los últimos tipos espectrales que tienen en media una edad mayor.

El Sol está actualmente cerca del plano galáctico, pero no mantendrá esta posición indefinidamente. Como otras estrellas similares puede alejarse muchos Kpc del plano galáctico. Sin embargo el campo gravitacional generado por las restantes estrellas de la Galaxia acaba invirtiendo el sentido del movimiento de modo que puede llegar a atravesar el disco galáctico, para lo que se precisaría unos 10⁷ años, que es mucho menos que la edad de la Galaxia. Este proceso puede haber sucedido muchas veces a lo largo de la vida del Sol. Lo mismo debe ocurrir para el movimiento en la dirección radial del disco. Este fenómeno sugiere que el sistema solar debe encontrarse en un estado de equilibrio estadístico, con estrellas moviendose en sentidos contrarios respecto al plano galáctico. Por ello, como el Sol no esta en reposo observamos asimetrías en las velocidades de las estrellas de la vecindad solar

Cuando se estudian los movimientos de las estrellas en la vecindad solar se encuentra que todas las estrellas muy jóvenes tienen pequeñas velocidades (10 - 20 km/s) y que están confinadas en un disco estrecho pero una pequeña proporción de estrellas de los últimos tipos, cuyas edades no pueden establecerse inmediatamente, tienen velocidades de hasta varios cientos de km/s. Con tales velocidades estas estrellas de alta velocidad son capaces de moverse muchos kiloparsecs desde el plano galáctico antes de que su movimiento sea invertido por el campo gravitacional de la Galaxia. Esto significa que estas estrellas pasan la mayor parte de su tiempo en el halo de la Galaxia (Figura 7-1-4). Este hecho ilustra una importante propiedad de la Galaxia: es un sistema dinámico en el que todas las estrellas se están moviendo en el campo atractivo gravitacional de todas las demás estrellas. Todas las estrellas que están en el halo pasan periódicamente a través del disco y las estrellas que están en la vecindad solar, en un momento dado, no permanecen siempre ahí. Aunque no podemos ir al halo a estudiar su población de estrellas, sí somos capaces de hacerlo cuando las estrellas del halo pasan cerca de nosotros.

Las estrellas de alta velocidad forman parte de la población del halo que contiene los cúmulos globulares en particular. Estas estrellas escapan de los cúmulos durante su vida y es posible que todas las estrellas individuales de alta velocidad fueran antes miembros de los cúmulos, se formaron dentro y han escapado. El estudio de los diagramas H-R de los cúmulos globulares estima su edad alrededor de los 13.5 x 10⁹ años, aunque esta edad es incierta los cúmulos globulares son los sistemas más viejos de la Galaxia y las estrellas de alta velocidad son probablemente de edad similar. Tanto los cúmulos globulares como las estrellas de alta velocidad tienen una fracción mucho más baja de elementos más pesados que el H y el He, en su composición química, que las estrellas del disco. Éstas tienen típicamente entre 1/2 y 2 veces el contenido de elementos pesados del Sol. En contraste las estrellas de algunos cúmulos globulares y estrellas de alta velocidad tienen 1/200 el contenido de elementos pesados del Sol o aún menos.

La rotación de la Galaxia fue descubierta hacia la mitad de los años veinte y su existencia era crucial para entender el alto grado de aplanamiento del disco galáctico. Ahora consideraremos dos formas de determinar la velocidad de rotación del Sol, los dos métodos que son simples en concepción pero no en ejecución, dependen de la observación de los cúmulos globulares y del Grupo Local de Galaxias.

Los cúmulos globulares forman un sistema que no está aplanado, como asociamos el aplanamiento del disco con su rápida velocidad de rotación, esto sugiere que los cúmulos globulares deben ser o no rotantes, o lentos rotadores. Sin embargo al observarlos obtenemos una velocidad de rotación significativa, que tiene que ser debida a la velocidad de rotación del Sol. Diferentes observaciones de los cumulos globulares proporcionan valores para la rotación solar comprendidos entre 200 y 220 km/s.

Nuestra Galaxia, como veremos en el tema siguiente, forma parte de un sistema de galaxias llamado el Grupo Local de Galaxias, y es la segunda más masiva del grupo siendo la más grande la galaxia Andromeda (M31). Se supone que el grupo local no rota y usamos su velocidad de rotación aparente para estimar la velocidad de rotación del Sol. Los valores obtenidos son del orden de 300 km/s. Este resultado y el anterior son algo diferentes y sugieren que la velocidad del Sol debe estar entre 200 y 300 km/s y que ni los cúmulos globulares, ni el Grupo Local de Galaxias rotan muy rápidamente.

Es razonable suponer, en una primera aproximación, que las estrellas se mueven en rotación pura alrededor del centro de la Galaxia, despreciando sus movimientos en el plano galáctico y él perpendicular al plano. La rotación de la Galaxia es una rotación diferencial los objetos no giran con la misma velocidad angular, ésta disminuye con la distancia al centro galáctico y disminuye tan rápidamente que la velocidad lineal de rotación permanece prácticamente la misma , de unos 220 km/s, desde 1 kpc hasta 15 kpc del centro. Así el Sol situado a unos 10 kpc (R₀) tarda alrededor de 200 millones de años en dar una vuelta completa alrededor del centro de la Galaxia.

La ley de rotación de la Galaxia o la obtención de su curva de rotación, está basada en la medida de velocidades radiales respecto al Sol. Se puede expresar la velocidad radial, v_r, en función de la velocidad lineal de rotación o de la velocidad angular. Supóngase (Figura 7-1-5) una estrella E, de longitud galáctica l, a la distancia R del centro y a la distancia r del Sol y cuya velocidad lineal de rotación es q , y q ₀ es la velocidad lineal de rotación del Sol. La velocidad radial observada de la estrella E será la diferencia de las proyecciones de q y q ₀ sobre la línea de observación SE

v_r = q cos a - q ₀ sen l

en el triángulo SEC: sen l/ R = sen (90 + a ) / R₀ = cos a /R₀ sustituyendo en la expresión anterior

v_r = (q / R) R₀ sen l - q ₀ sen l

Una vez obtenidas las velocidades de rotación y las distancias al centro galáctico se puede construir la curva de rotación que tiene la forma de la Figura 7-1-7 La estructura detallada de la región central es incierta, sin embargo es seguro que después de una rápida subida cerca del centro de la Galaxia, la velocidad de rotación varía relativamente lenta para grandes distancias. Por tanto, la Galaxia es un sistema que rota diferencialmente con la velocidad angular disminuyendo hacia fuera, hay un declive después de la subida inicial y luego es prácticamente plana.