Galaktyki spiralne są jedną z najbardziej urzekających struktur w astronomii, ale ich natura wciąż nie jest w pełni poznana. Astronomowie mają obecnie dwie kategorie teorii, które mogą wyjaśnić tę strukturę, w zależności od środowiska galaktyki, ale nowe badania, zaakceptowane do publikacji w Astrophysical Journal, sugerują, że jedna z tych teorii może być w dużej mierze błędna.
W przypadku galaktyk z pobliskimi towarzyszami astronomowie sugerują, że siły pływowe mogą wyciągać strukturę spiralną. Jednak w przypadku izolowanych galaktyk wymagany jest inny mechanizm, w którym galaktyki tworzą te struktury bez interwencji sąsiada. Możliwe rozwiązanie tego problemu po raz pierwszy opracowali Lin & Shu w 1964 r., W którym zasugerowali, że struktura uzwojenia jest jedynie iluzją. Zamiast tego te ramiona nie poruszały strukturami, ale obszary o większej gęstości, które pozostawały nieruchome, gdy gwiazdy wchodziły i wychodziły z nich, podobnie jak korek drogowy pozostaje na miejscu, mimo że samochody składowe wjeżdżają i wychodzą. Teorię tę nazwano teorią fali gęstości Lin-Shu i odniosła duży sukces. Poprzednie artykuły opisywały postęp od zimnych obszarów HI i pyłu na wewnętrznej części ramion spiralnych, które zderzają się z tym regionem o większej gęstości i wyzwalają tworzenie gwiazd, tworząc gorące gwiazdy klasy O i B, które umierają przed opuszczeniem struktury, pozostawiając gwiazdy o niższej masie, aby zapełnić pozostałą część dysku.
Jednym z głównych pytań dotyczących tej teorii była długowieczność tego zatłoczonego regionu. Według Lin & Shu, a także wielu innych astronomów, struktury te są ogólnie stabilne przez długi czas. Inni sugerują, że fala gęstości przychodzi i odchodzi we względnie krótkotrwałe, powtarzające się wzorce. Byłoby to podobne do kierunkowskazu w twoim samochodzie, a ten przed sobą czasami zdaje się zsynchronizować przed wyjściem z fazy, tylko po to, aby ponownie ustawić się za kilka minut. W galaktykach wzór składałby się z pojedynczych orbit gwiazd, które okresowo ustawiałyby się w linii, tworząc ramiona spiralne. Ustalenie, który z nich był przypadkiem, było wyzwaniem.
Aby to zrobić, nowe badania, prowadzone przez Kelly Foyle z McMaster University w Ontario, zbadały postęp formowania się gwiazd, gdy gaz i pył dostały się do regionu uderzenia wytwarzanego przez falę gęstości Lin-Shu. Jeśli teoria jest poprawna, powinni spodziewać się postępu, w którym najpierw znajdą zimny gaz HI i tlenek węgla, a następnie przesunięcia ciepłego wodoru molekularnego i emisji 24 μm z gwiazd formujących się w chmurach, a na koniec kolejne przesunięcie Emisja UV w pełni uformowanych i niezakłóconych gwiazd.
Zespół zbadał 12 pobliskich galaktyk spiralnych, w tym M 51, M 63, M 66, M 74, M 81 i M 95. Galaktyki te reprezentowały kilka odmian galaktyk spiralnych, takich jak spirale wielkiej konstrukcji, spirale prętowe, spirale kłaczkowate i interakcje spirala.
Korzystając z algorytmu komputerowego do badania przesunięć, które wspierałyby teorię Lin-Shu, zespół stwierdził, że nie mogą znaleźć różnicy w lokalizacji między trzema różnymi fazami formowania się gwiazd. Jest to sprzeczne z poprzednimi badaniami (które zostały wykonane „na oko”, a zatem podlegały potencjalnym stronniczościom) i podważa długo żyjącą strukturę spiralną, jak przewiduje teoria Lin-Shu. Zamiast tego stwierdzenie to jest zgodne z możliwością przejściowych ramion spiralnych, które ulegają okresowemu rozkładowi i reformowaniu.
Inną opcją, która ratuje teorię fali gęstości, jest to, że istnieje wiele „prędkości wzoru” wytwarzających bardziej złożone fale gęstości, a tym samym zacierające oczekiwane przesunięcia. Możliwość tę potwierdzają badania z 2009 r., Które zmapowały te prędkości i wykazały, że kilka galaktyk spiralnych może wykazywać takie zachowanie. Na koniec zespół zauważa, że sama technika może być wadliwa i nie docenia emisji z każdej strefy formowania się gwiazd. Aby rozwiązać pytanie, astronomowie będą musieli wyprodukować bardziej wyrafinowane modele i zbadać regiony bardziej szczegółowo i w większej liczbie galaktyk.
