Spiralgalaxien sind eine der faszinierendsten Strukturen in der Astronomie, aber ihre Natur ist noch nicht vollständig verstanden. Astronomen haben derzeit zwei Kategorien von Theorien, die diese Struktur in Abhängigkeit von der Umgebung der Galaxie erklären können. Eine neue Studie, die zur Veröffentlichung im Astrophysical Journal angenommen wurde, legt jedoch nahe, dass eine dieser Theorien weitgehend falsch sein könnte.
Für Galaxien mit nahegelegenen Gefährten haben Astronomen vorgeschlagen, dass Gezeitenkräfte eine Spiralstruktur zeichnen könnten. Für isolierte Galaxien ist jedoch ein anderer Mechanismus erforderlich, bei dem Galaxien diese Strukturen ohne Intervention eines Nachbarn bilden. Eine mögliche Lösung hierfür wurde erstmals 1964 von Lin & Shu ausgearbeitet, in der vorgeschlagen wurde, dass die Wicklungsstruktur lediglich eine Illusion ist. Stattdessen bewegten diese Arme keine Strukturen, sondern Bereiche mit größerer Dichte, die stationär blieben, als 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 Arbeiten haben über ein Fortschreiten von Kälte-, HI-Regionen und Staub im inneren Teil der Spiralarme berichtet, die in diese Region mit höherer Dichte krachen und die Sternentstehung auslösen, wodurch heiße Sterne der O & B-Klasse entstehen, die vor dem Verlassen der Struktur sterben und die Struktur verlassen 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 und vielen anderen Astronomen sind diese Strukturen im Allgemeinen über lange Zeiträume stabil. Andere schlagen vor, dass die Dichtewelle in relativ kurzlebigen, wiederkehrenden Mustern kommt und geht. Dies ähnelt dem Blinker Ihres Autos und dem Blinker vor Ihnen, der manchmal synchron zu sein scheint, bevor er wieder außer Phase gerät, um sich in wenigen Minuten wieder auszurichten. In Galaxien würde das Muster aus den einzelnen Umlaufbahnen der Sterne bestehen, die sich periodisch ausrichten würden, um die Spiralarme zu erzeugen. Herauszufinden, welche davon der Fall war, war eine Herausforderung.
Zu diesem Zweck untersuchte die neue Studie unter der Leitung von Kelly Foyle von der McMaster University in Ontario das Fortschreiten der Sternentstehung, wenn Gas und Staub in den durch die Lin-Shu-Dichtewelle erzeugten Schockbereich eintraten. Wenn die Theorie richtig wäre, sollten sie damit rechnen, eine Progression zu finden, in der sie zuerst kaltes HI-Gas und Kohlenmonoxid finden würden, dann Offsets von warmem molekularem Wasserstoff und 24-μm-Emissionen von Sternen, die sich in Wolken bilden, und schließlich einen weiteren Offset der UV-Emission voll ausgebildeter und ungehinderter Sterne.
Das Team untersuchte 12 nahegelegene Spiralgalaxien, darunter M 51, M 63, M 66, M 74, M 81 und M 95. Diese Galaxien repräsentierten verschiedene Variationen von Spiralgalaxien wie großartige Designspiralen, Barred-Spiralen, Flockungsspiralen und eine Wechselwirkung Spiral.
Bei der Verwendung eines Computeralgorithmus zur Untersuchung auf Offsets, die die Lin-Shu-Theorie unterstützen würden, berichtete das Team, dass zwischen den drei verschiedenen Phasen der Sternentstehung kein Ortsunterschied festgestellt werden konnte. Dies widerspricht den früheren Studien (die „mit dem Auge“ durchgeführt wurden und daher potenziellen Verzerrungen unterliegen) und wirft Zweifel an der langlebigen Spiralstruktur auf, wie sie von der Lin-Shu-Theorie vorhergesagt wird. Stattdessen stimmt diese Feststellung mit der Möglichkeit vorübergehender Spiralarme überein, die auseinander brechen und sich regelmäßig reformieren.
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, in der diese Geschwindigkeiten kartiert wurden und festgestellt wurde, dass mehrere Spiralgalaxien wahrscheinlich ein solches Verhalten aufweisen. Schließlich stellt das Team fest, dass die Technik selbst möglicherweise fehlerhaft ist und die Emission aus jeder Zone der Sternentstehung unterschätzt. Um die Frage zu klären, müssen Astronomen verfeinerte Modelle erstellen und die Regionen detaillierter und in mehr Galaxien erkunden.
