Spiralgalaxien sind eine der faszinierendsten Strukturen in der Astronomie, doch ihre Natur ist noch immer nicht vollständig verstanden. Astronomen haben derzeit zwei Kategorien von Theorien, die diese Struktur abhängig von der Umgebung der Galaxie erklären können, aber eine neue studie , die im Astrophysical Journal zur Veröffentlichung angenommen wurde, legt nahe, dass eine dieser Theorien möglicherweise weitgehend falsch ist.
Für Galaxien mit nahen Begleitern haben Astronomen vorgeschlagen, dass Gezeitenkräfte können spiralförmige Strukturen herausziehen . Für isolierte Galaxien ist jedoch ein anderer Mechanismus erforderlich, bei dem Galaxien diese Strukturen ohne Eingriff eines Nachbarn bilden. Eine mögliche Lösung hierfür wurde erstmals 1964 von Lin & Shu ausgearbeitet, wobei sie darauf hinwiesen, dass die gewundene Struktur nur eine Illusion ist. Stattdessen waren diese Arme keine beweglichen Strukturen, sondern Bereiche mit größerer Dichte, die stationär blieben, wenn Sterne ein- und austraten, ähnlich wie ein Stau in Position bleibt, obwohl die Komponentenautos ein- und ausfahren. Diese Theorie wurde als Lin-Shu-Dichtewellentheorie bezeichnet und war weitgehend erfolgreich. Frühere Veröffentlichungen haben über eine Progression von kalten HI-Regionen und Staub im inneren Teil der Spiralarme berichtet, die in diese Region mit höherer Dichte prallen und die Sternentstehung auslösen, wodurch heiße Sterne der O & B-Klasse sterben, bevor sie die Struktur verlassen und die Sterne mit geringerer Masse, um den Rest der Scheibe zu bevölkern.
Eine der Hauptfragen dieser Theorie war die Langlebigkeit der überdichten Region. Laut Lin & Shu sowie vielen anderen Astronomen sind diese Strukturen im Allgemeinen über lange Zeiträume stabil. Andere vermuten, dass die Dichtewelle in relativ kurzlebigen, wiederkehrenden Mustern kommt und geht. Dies wäre vergleichbar mit dem Blinker an Ihrem Auto und dem vor Ihnen, der sich manchmal zu synchronisieren scheint, bevor er wieder aus der Phase gerät, nur um sich in wenigen Minuten wieder aufzustellen. In Galaxien würde das Muster aus den einzelnen Umlaufbahnen der Sterne bestehen, die sich periodisch aneinanderreihen würden, um die Spiralarme zu bilden. Herauszukitzeln, was davon der Fall war, war eine Herausforderung.
Zu diesem Zweck untersuchte die neue Forschung unter der Leitung von Kelly Foyle von der McMaster University in Ontario das Fortschreiten der Sternentstehung, wenn Gas und Staub in die von der Lin-Shu-Dichtewelle erzeugte Schockregion eindrangen. Wenn die Theorie richtig war, sollten sie erwarten, eine Progression zu finden, bei der sie zuerst kaltes HI-Gas und Kohlenmonoxid finden würden, dann Offsets von warmem molekularem Wasserstoff und 24-µm-Emission von Sternen, die sich in Wolken bilden, und schließlich einen weiteren Offset der UV-Emission von vollständig ausgebildeten und nicht verdeckten Sternen.
Das Team untersuchte 12 nahegelegene Spiralgalaxien, darunter M 51, M 63, M 66, M 74, M 81 und M 95. Diese Galaxien repräsentierten mehrere Variationen von Spiralgalaxien, wie z Spiral.
Bei der Verwendung eines Computeralgorithmus, um jeden auf Offsets zu untersuchen, die die Lin-Shu-Theorie unterstützen würden, berichtete das Team, dass es keinen Unterschied in der Position zwischen den drei verschiedenen Phasen der Sternentstehung finden konnte. Dies widerspricht den früheren Studien (die „mit dem Auge“ durchgeführt wurden und daher potentiellen Verzerrungen unterliegen) und wirft Zweifel an der langlebigen Spiralstruktur, wie sie von der Lin-Shu-Theorie vorhergesagt wird, auf. Stattdessen stimmt dieser Befund mit der Möglichkeit von vorübergehenden Spiralarmen überein, die auseinanderbrechen und sich periodisch neu bilden.
Eine andere Option, die die Dichtewellentheorie rettet, besteht darin, dass es mehrere „Mustergeschwindigkeiten“ gibt, die komplexere Dichtewellen erzeugen und somit die erwarteten Offsets verwischen. Diese Möglichkeit wird durch eine Studie aus dem Jahr 2009 gestützt, die diese Geschwindigkeiten kartiert und festgestellt hat, dass mehrere Spiralgalaxien wahrscheinlich ein solches Verhalten zeigen. Schließlich stellt das Team fest, dass die Technik selbst fehlerhaft sein und die Emission von jeder Sternentstehungszone unterschätzen kann. Um die Frage zu klären, müssen Astronomen verfeinerte Modelle erstellen und die Regionen detaillierter und in mehr Galaxien erkunden.
