Spiralgalakser er en av de mest fengslende strukturer i astronomi, men deres natur er fremdeles ikke fullt ut forstått. Astronomer har for tiden to kategorier av teorier som kan forklare denne strukturen, avhengig av miljøet i galaksen, men en ny studie, akseptert for publisering i Astrophysical Journal, antyder at en av disse teoriene i stor grad kan være feil.
For galakser med ledsagere i nærheten har astronomer antydet at tidevannskrefter kan trekke ut spiralstruktur. For isolerte galakser er det imidlertid nødvendig med en annen mekanisme der galakser danner disse strukturene uten inngripen fra en nabo. En mulig løsning på dette ble først utarbeidet i 1964 av Lin & Shu der de antydet at viklingsstrukturen bare er en illusjon. I stedet beveget ikke disse armene strukturer, men områder med større tetthet som forble stasjonære når stjerner kom inn og forlot dem, ligner hvordan et trafikkork forblir på plass selv om komponentbilene kjører inn og ut. Denne teorien har blitt kalt Lin-Shu tetthetsbølgeteori og har stort sett vært vellykket. Tidligere artikler har rapportert om en progresjon fra kalde HI-regioner og støv på den indre delen av spiralarmene, som krasjer inn i dette området med høyere tetthet og utløser stjernedannelse, noe som gjør varme O & B-klasse stjerner som dør før de går ut av strukturen og forlater stjerner med lavere masse for å befolke resten av disken.
Et av hovedspørsmålene om denne teorien har vært levetiden til overdense regionen. I følge Lin & Shu så vel som mange andre astronomer er disse strukturene generelt stabile over lengre tid. Andre antyder at tetthetsbølgen kommer og går i relativt kortvarige, tilbakevendende mønstre. Dette vil likne blinklyset på bilen din og den foran deg til tider som tilsynelatende synkroniseres før du kommer ut av fasen igjen, bare for å stille opp igjen om noen minutter. I galakser ville mønsteret være sammensatt av de individuelle bane av stjernene, som med jevne mellomrom skulle stille opp for å skape spiralarmene. Å tisse ut hvilken av disse som var tilfelle har vært en utfordring.
For å gjøre det undersøkte den nye forskningen, ledet av Kelly Foyle fra McMaster University i Ontario, utviklingen av stjernedannelsen da gass og støv kom inn i sjokkområdet produsert av Lin-Shu tetthetsbølgen. Hvis teorien var riktig, burde de forvente å finne en progresjon der de først ville finne kald HI-gass og karbonmonoksid, og deretter forskyvninger av varmt molekylært hydrogen og 24 μm utslipp fra stjerner som dannes i skyer, og til slutt, en annen forskyvning av UV-utslipp av fullformede og ubeskyttede stjerner.
Teamet undersøkte 12 nærliggende spiralgalakser, inkludert M 51, M 63, M 66, M 74, M 81 og M 95. Disse galaksene representerte flere varianter av spiralgalakser som storslåtte designspiraler, sperrede spiraler, flokkulerte spiraler og en interagerende spiral.
Ved bruk av en datamaskinalgoritme for å undersøke hver for offset som støtter Lin-Shu-teorien, rapporterte teamet at de ikke kunne finne en forskjell i beliggenhet mellom de tre forskjellige faser av stjernedannelse. Dette er i strid med de tidligere studiene (som ble gjort "med øye" og dermed utsatt for potensiell skjevhet) og stiller tvil om den langvarige spiralstrukturen som forutsagt av Lin-Shu-teorien. I stedet er dette funnet i samsvar med muligheten for forbigående spiralarmer som brytes fra hverandre og reformeres med jevne mellomrom.
Et annet alternativ, et som berger tetthetsbølgeteorien, er at det er flere "mønsterhastigheter" som produserer mer komplekse tetthetsbølger og dermed gjør de forventede forskyvningene uskarpe. Denne muligheten støttes av en studie fra 2009 som kartla disse hastighetene og fant ut at flere spiralgalakser sannsynligvis vil ha slik oppførsel. Til slutt bemerker teamet at selve teknikken kan være mangelfull og undervurderer utslippet fra hver sone av stjernedannelse. For å avgjøre spørsmålet, vil astronomer måtte produsere mer raffinerte modeller og utforske regionene mer detaljert og i flere galakser.
