Spiralgalaxer är en av de mest fängslande strukturerna i astronomi, men deras natur är fortfarande inte fullt ut förstått. Astronomer har för närvarande två kategorier av teorier som kan förklara denna struktur, beroende på miljön i galaxen, men en ny studie, accepterad för publicering i Astrophysical Journal, antyder att en av dessa teorier i stort sett kan vara fel.
För galaxer med följeslagare i närheten har astronomer föreslagit att tidvattenkrafter kan dra ut spiralstruktur. För isolerade galaxer krävs emellertid en annan mekanism där galaxer bildar dessa strukturer utan ingripande från en granne. En möjlig lösning på detta utarbetades först 1964 av Lin & Shu där de föreslog att lindningsstrukturen bara är en illusion. Istället rörde dessa armar inte strukturer, utan områden med större täthet som förblev stilla när stjärnor kom in och lämnade dem, liknande hur en trafikstock kvarstår på plats även om komponentbilarna kör in och ut. Denna teori har kallats Lin-Shu densitet våg teori och har i stort sett varit framgångsrik. Tidigare tidningar har rapporterat en utveckling från kalla, HI-regioner och damm på spiralarmarnas inre del, som kraschar in i detta område med högre täthet och utlöser stjärnbildning, vilket gör heta O & B-klass stjärnor som dör innan de lämnar strukturen, lämnar lägre massastjärnor för att fylla resten av disken.
En av de viktigaste frågorna om denna teori har varit den överdrivna regionens livslängd. Enligt Lin & Shu såväl som många andra astronomer är dessa strukturer generellt stabila under långa tidsperioder. Andra föreslår att densitetsvågen kommer och går i relativt kortlivade, återkommande mönster. Detta skulle likna blinkersignalen på din bil och den framför dig ibland som tycks synkronisera innan du går ut ur fasen igen, bara för att ställa upp igen om några minuter. I galaxer skulle mönstret vara sammansatt av de individuella banorna av stjärnorna, som periodvis skulle raderas upp för att skapa spiralarmarna. Att reta ut vilket av dessa var fallet har varit en utmaning.
För att göra detta undersökte den nya forskningen, ledd av Kelly Foyle från McMaster University i Ontario, utvecklingen av stjärnbildningen när gas och damm kom in i chockområdet producerat av Lin-Shu densitetsvågen. Om teorin var korrekt, skulle de förvänta sig att hitta en utveckling där de först skulle hitta kall HI-gas och kolmonoxid, och sedan kompensationer av varmt molekylärt väte och 24 μm-utsläpp från stjärnor som bildas i moln, och slutligen, en annan kompensation av UV-utsläpp av fullformade och obefogade stjärnor.
Teamet undersökte 12 närliggande spiralgalaxer, inklusive M 51, M 63, M 66, M 74, M 81 och M 95. Dessa galaxer representerade flera variationer av spiralgalaxer som grand design spiraler, spärrade spiraler, flocculent spiraler och en interagerande spiral.
När man använde en datoralgoritm för att undersöka var och en för offset som skulle stödja Lin-Shu-teorin rapporterade teamet att de inte kunde hitta en skillnad i plats mellan de tre olika faserna i stjärnbildningen. Detta motsäger de tidigare studierna (som gjordes "med ögat" och därmed utsatta för potentiell förspänning) och ställer tvivel om den långlivade spiralstrukturen som förutses av Lin-Shu-teorin. Istället överensstämmer detta med möjligheten till övergående spiralarmar som bryts isär och reformeras regelbundet.
Ett annat alternativ, ett som räddar teorin för täthetsvågen är att det finns flera "mönsterhastigheter" som producerar mer komplexa densitetsvågor och därmed suddar de förväntade kompensationerna. Denna möjlighet stöds av en studie från 2009 som kartlade dessa hastigheter och fann att flera spiralgalaxier troligen kommer att uppvisa sådant beteende. Slutligen konstaterar teamet att själva tekniken kan vara felaktig och underskatta utsläppet från varje zon med stjärnbildning. För att lösa frågan kommer astronomer att behöva producera mer förfinade modeller och utforska regionerna mer detaljerat och i fler galaxer.
