¿Qué hace que nuestro Sol oscile alrededor de su órbita galáctica media?

¡Es la buena vieja gravedad newtoniana! El plano de la galaxia se puede aproximar como un disco formado por estrellas y gas, con una densidad$\rho(|z|)$, que decrece con la distancia absoluta$|z|$del avión

Si supusiera que el Sol estaba lo suficientemente cerca para$z=0$y que la variación radial en$\rho$era lo suficientemente insignificante como para tratar el disco como un plano infinito (esto no está mal, la amplitud del movimiento del Sol es solo alrededor del 10% de la longitud de la escala radial de la densidad del disco), entonces podrías construir un pequeño cilindro a través del plano, con una cara en$z=0$, dónde$g=0$, y use la ley de Gauss para la gravedad para estimar la aceleración gravitacional en la altura$z$.

Ahora$\rho(z)$se aproxima a una función que decae exponencialmente con una altura de escala de quizás 200-300 pc. Si estamos más cerca$z=0$que eso, entonces se puede decir aproximadamente que la densidad es una constante$\rho_0$. Poniendo esto en la ecuación anterior, vemos que

La densidad del disco cerca del Sol se estima en 0,076 masa solar por parsec cúbico ( Creze et al. 1998 ). Usando este valor, obtenemos un período de oscilación predicho aproximado hacia arriba y hacia abajo a través del plano del disco de 95 millones de años.

Nota añadida: el párrafo anterior es lo contrario de lo que realmente se hace: la dinámica de las estrellas en la vecindad solar se usa para estimar la densidad en el plano. Sin embargo, solo contar estrellas y estimar la contribución del gas da un resultado similar y, en el proceso, ilustra que la contribución de la materia oscura a la densidad del disco es muy pequeña.

El plano en el que se limitan el Sol y la mayor parte de la Vía Láctea no es ni un plano ni un disco: es una sección densa llena de materia con un ancho distinto de cero. Esto significa que este "disco" también genera un potencial gravitatorio que atrapa al Sol. En cierto modo, podemos decir que el Sol tiene su órbita galáctica centrada tanto en el centro galáctico como sus oscilaciones planas centradas en el "disco" galáctico. Si este disco aproximado tuviera una densidad constante y el Sol nunca fuera perturbado en direcciones no planas, entonces la órbita estaría confinada a un plano; pero la materia no está dispuesta uniformemente dentro de la galaxia y esta anisotropía proporciona la perturbación no plana necesaria para crear un movimiento armónico alrededor del plano galáctico no solo para nuestro Sol, sino (al menos teóricamente) para todos los cuerpos celestes.

Siento que las respuestas existentes hacen que la explicación parezca demasiado complicada, así que agregaré una explicación simple.

Imagine "arrojar" una nueva estrella a la galaxia, con el objetivo de que la órbita esté aproximadamente (pero NO exactamente) a lo largo del plano galáctico. ¿Esperarías que la órbita se bloqueara mágicamente en el plano galáctico? Por supuesto que no, eso violaría la conservación del impulso. ¿Esperarías que continuara para siempre en su propio plano? Por supuesto que no, eso solo se espera para una masa esférica, y la galaxia no es una masa esférica. Las partes más cercanas de la galaxia a la estrella también atraerán a la estrella hacia ellos y, por lo tanto, se produce un bamboleo.