Spiralgalakser er en af de mest betagende strukturer inden for astronomi, men alligevel er deres natur stadig ikke fuldt ud forstået. Astronomer har i øjeblikket to kategorier af teorier, der kan forklare denne struktur, afhængigt af miljøet i galaksen, men en ny undersøgelse, der er accepteret til offentliggørelse i Astrophysical Journal, antyder, at en af disse teorier stort set er forkert.
For galakser med ledsagere i nærheden har astronomer antydet, at tidevandsstyrker kan trække spiralstruktur. For isolerede galakser er det imidlertid nødvendigt med en anden mekanisme, i hvilken galakser danner disse strukturer uden indblanding fra en nabo. En mulig løsning på dette blev først udarbejdet i 1964 af Lin & Shu, hvor de antydede, at viklingsstrukturen kun er en illusion. I stedet bevægede disse arme ikke strukturer, men områder med større tæthed, som forblev stationære, når stjerner trådte ind og forlader dem, ligner hvordan et trafikproblem forbliver på plads, selvom komponentbiler kører ind og ud. Denne teori er blevet kaldt Lin-Shu-densitetsbølgeteorien og har stort set været vellykket. Tidligere artikler har rapporteret om en progression fra kolde, HI-regioner og støv på den indre del af spiralarmene, der går ned i dette område med højere tæthed og udløser stjernedannelse, hvilket gør varme O & B-klasse stjerner, der dør, før de forlader strukturen og forlader stjerner med lavere masse for at udfylde resten af disken.
Et af hovedspørgsmålene til denne teori har været levetiden i overdense regionen. Ifølge Lin & Shu såvel som mange andre astronomer er disse strukturer generelt stabile over lange tidsperioder. Andre antyder, at tæthedsbølgen kommer og går i relativt kortvarige, tilbagevendende mønstre. Dette svarer til blinklyset på din bil og det foran dig til tider tilsyneladende synkroniseres, før du kommer ud af fasen igen, kun for at stille op igen om et par minutter. I galakser ville mønsteret være sammensat af stjernernes individuelle kredsløb, som med jævne mellemrum skulle stille op for at skabe spiralarmene. Det var en udfordring at drille, hvilken af disse der var tilfældet.
For at gøre det undersøgte den nye forskning, ledet af Kelly Foyle fra McMaster University i Ontario, udviklingen af stjernedannelse, da gas og støv trådte ind i chokområdet produceret af Lin-Shu densitetsbølgen. Hvis teorien var korrekt, skulle de forvente at finde en progression, hvor de først ville finde kold HI-gas og kulilte, og derefter forskydninger af varmt molekylært brint og 24 μm emission fra stjerner, der dannes i skyer, og til sidst en anden kompensation af UV-emission af fuldt dannede og ubeskyttede stjerner.
Holdet undersøgte 12 nærliggende spiralgalakser, herunder M 51, M 63, M 66, M 74, M 81 og M 95. Disse galakser repræsenterede flere variationer af spiralgalakser, såsom grand design spiraler, spærrede spiraler, flokkulerede spiraler og en interagerende spiralformet.
Når man bruger en computeralgoritme til at undersøge hver for offset, der ville understøtte Lin-Shu-teorien, rapporterede teamet, at de ikke kunne finde en forskel i placering mellem de tre forskellige faser af stjernedannelse. Dette er i modstrid med de tidligere undersøgelser (som blev udført “ved øje” og således udsat for potentiel bias) og stiller tvivl om den langvarige spiralstruktur som forudsagt af Lin-Shu teorien. I stedet er dette fund i overensstemmelse med muligheden for kortvarige spiralarme, der periodisk bryder sammen og reformeres.
En anden mulighed, der redder tæthedsbølgeteorien, er, at der er flere "mønsterhastigheder", der producerer mere komplekse tæthedsbølger og dermed slører de forventede forskydninger. Denne mulighed understøttes af en undersøgelse fra 2009, der kortlagde disse hastigheder og fandt, at flere spiralgalakser sandsynligvis udviser sådan opførsel. Til sidst bemærker teamet, at selve teknikken muligvis er mangelfuld og undervurderer emissionen fra hver zone med stjernedannelse. For at løse spørgsmålet skal astronomer producere mere raffinerede modeller og udforske regionerne mere detaljeret og i flere galakser.
