Astrofysici van de Universiteit van Arkansas hebben een belangrijke stap gezet in de richting van het oplossen van het mysterie van hoe schijfsterrenstelsels de vorm van hun spiraalarmen behouden. Hun bevindingen ondersteunen de theorie dat deze armen worden gecreëerd door een golf van dichtere materie die het spiraalpatroon creëert terwijl het door de melkweg reist.

"De structuur van spiraalarmen in schijfstelsels is een mysterie, " zei Ryan Miller, gastdocent natuurkunde. "Niemand weet wat de vorm van deze spiralen bepaalt, of waarom ze een bepaald aantal wapens hebben. Ons onderzoek geeft een duidelijk antwoord op een deel van dat mysterie."

schijf sterrenstelsels, inclusief de Melkweg, bestaat uit 70 procent van de bekende sterrenstelsels. Ze worden gekenmerkt door hun spiraalvormige armen, maar astronomen weten niet zeker hoe deze zich vormen en in stand houden.

Het mysterie begint met een simpele paradox:sterren in een schijfstelsel draaien om een ​​centrale massa die een "galactische uitstulping" wordt genoemd. " en de sterren dichter bij het centrum draaien sneller dan de sterren naar de rand. Maar, als de spiraalarmen waren samengesteld uit een vaste groep sterren, die aan de randen van het patroon zouden meer afstand moeten afleggen dan de sterren in het midden om het spiraalpatroon te behouden. Als lopers in de buitenste baan van een cirkelvormige baan, ze zouden sneller moeten bewegen om hun positie in de groep te behouden.

In de jaren 1960, astronomen stelden de "dichtheidsgolftheorie" voor om deze paradox te verklaren. De theorie stelt dat de armen van schijfsterrenstelsels niet worden gevormd uit statische bundels van sterren. In plaats daarvan, deze armen zijn golven van dichtere gebieden die door de sterren bewegen. De sterren bewegen in overeenstemming met de wetten van de fysica, en terwijl ze om het centrum van de melkweg draaien, ze komen deze dichtere gebieden tegen.

Veel astronomen hebben de golf van dichtere materie vergeleken met een verkeersopstopping waarin de snelheid van sterren die in een cirkel rond het centrum van een melkwegstelsel bewegen, wordt beïnvloed door de dichtere materie op dezelfde manier als motorvoertuigen worden beïnvloed door een verstopt deel van een sterrenstelsel. snelweg. Ze vertragen als ze de congestie tegenkomen en verplaatsen zich dan gemakkelijker nadat ze de file zijn gepasseerd.

De dichtere gebieden beïnvloeden ook de gaswolken die door deze gebieden gaan. Ze worden samengeperst, instorten tot nieuwe sterren.

Miller werkte samen met universitair hoofddocenten Julia en Daniel Kennefick, postdoctoraal onderzoeker Rafael Eurfrasio, promovendus? Douglas schilden, en afgestudeerde studenten Mahamed Shameer Abdeen en Erik Monson, evenals Benjamin Davis van de Swinburne University of Technology in Australië, ook afgestudeerd aan de U of A. Ze hebben hun resultaten gepubliceerd in de Astrofysisch tijdschrift .

Miller en zijn collega's hebben de theorie van de dichtheidsgolf ondersteund door naar sterren van verschillende leeftijden te kijken en hun locaties te vergelijken met die van het centrum van de dichtheidsgolf.

Volgens de theorie, er zou een punt zijn op elke arm van de melkweg waar de rotatiesnelheid van de dichtheidsgolf en de snelheid van de sterren hetzelfde is. Dit wordt de co-rotatiestraal genoemd. Sterren binnen de co-rotatiestraal zouden sneller moeten bewegen dan de dichtheidsgolf omdat ze dichter bij het centrum staan. Daarom, hoe ouder een ster wordt, hoe verder het van zijn geboorteplaats in de buurt van de golf moet reizen. Aan de buitenzijde van de co-rotatieradius, waar sterren langzamer reizen dan de dichtheidsgolf, de oudere sterren zouden verder achter de golf moeten vallen.

De onderzoekers onderzochten beelden van sterrenstelsels in de NASA/IPAC Extragalactic Database, die wordt beheerd door het NASA Jet Propulsion Laboratory van het California Institute of Technology. Voor elk sterrenstelsel, ze onderzochten beelden van verschillende golflengten van licht, die sterren van verschillende leeftijden vertegenwoordigen. Ze ontdekten dat elke groep sterren een arm vormde met een iets andere "pitchhoek, " wat de hoek van de arm is ten opzichte van het centrum van de melkweg. Door deze verschillende hoeken te vergelijken met de hoek gevormd door het centrum van de dichtheidsgolf, ze toonden aan dat de locatie van deze groepen sterren overeenkomt met de voorspelling van de dichtheidsgolftheorie.

Hoewel het onderzoek bewijs levert waarom de spiraalarmen hun vorm behouden, vragen blijven. Het is gemakkelijk te begrijpen waarom er een verkeersopstopping ontstaat wanneer u een auto-ongeluk krijgt waarbij drie rijstroken zijn teruggebracht tot één, maar bepalen wat de dichtere golven creëert, is nog steeds een open vraag.