Gli astrofisici dell'Università dell'Arkansas hanno compiuto un passo importante verso la soluzione del mistero di come le galassie a disco mantengono la forma dei loro bracci a spirale. Le loro scoperte supportano la teoria che queste braccia siano create da un'onda di materia più densa che crea il modello a spirale mentre viaggia attraverso la galassia.

"La struttura dei bracci a spirale nelle galassie a disco è un mistero, "ha detto Ryan Miller, professore assistente in visita di fisica. "Nessuno sa cosa determina la forma di queste spirali, o perché hanno un certo numero di armi. La nostra ricerca fornisce una risposta chiara a parte di quel mistero".

Galassie a disco, compresa la Via Lattea, comprendono il 70% delle galassie conosciute. Sono caratterizzati dai loro bracci a forma di spirale, ma gli astronomi non sono sicuri di come si formino e si mantengano.

Il mistero inizia con un semplice paradosso:le stelle in una galassia a disco orbitano attorno a una massa centrale chiamata "rigonfiamento galattico, " e le stelle più vicine al centro orbitano più velocemente delle stelle verso il bordo. Ma, se i bracci a spirale fossero composti da un gruppo fisso di stelle, quelli sui bordi del motivo dovrebbero coprire una distanza maggiore rispetto alle stelle al centro per mantenere il motivo a spirale. Come corridori nella corsia esterna di una pista circolare, avrebbero bisogno di muoversi più velocemente per mantenere la loro posizione nel gruppo.

Negli anni Sessanta, gli astronomi hanno proposto la "teoria delle onde di densità" per spiegare questo paradosso. La teoria sostiene che i bracci delle galassie a disco non sono formati da fasci statici di stelle. Anziché, queste braccia sono onde di aree più dense che si muovono attraverso le stelle. Le stelle si muovono secondo le leggi della fisica, e mentre orbitano intorno al centro della galassia, incontrano queste aree più dense.

Molti astronomi hanno paragonato l'ondata di materia più densa a un ingorgo stradale in cui la velocità delle stelle che viaggiano in circolo attorno al centro di una galassia è influenzata dalla materia più densa allo stesso modo in cui i veicoli a motore sono influenzati da una parte congestionata di un autostrada. Rallentano quando incontrano la congestione e poi si muovono più facilmente dopo aver superato l'ingorgo.

Le aree più dense colpiscono anche le nubi di gas che passano attraverso queste regioni. Si comprimono, collassando in nuove stelle.

Miller ha lavorato con i professori associati Julia e Daniel Kennefick, lo studioso postdottorato Rafael Eurfrasio, dottorando? Douglas Scudi, e gli studenti laureati Mahamed Shameer Abdeen ed Erik Monson, così come Benjamin Davis della Swinburne University of Technology in Australia, anche un laureato della U di A. Hanno pubblicato i loro risultati nel Giornale Astrofisico .

Miller e i suoi colleghi hanno fornito supporto alla teoria delle onde di densità osservando stelle di età diverse e confrontando la loro posizione con quella del centro dell'onda di densità.

Secondo la teoria, ci sarebbe un punto su ogni braccio della galassia dove la velocità di rotazione dell'onda di densità e la velocità delle stelle è la stessa. Questo è chiamato raggio di corotazione. Le stelle all'interno del raggio di co-rotazione dovrebbero muoversi più velocemente dell'onda di densità perché sono più vicine al centro. Perciò, più una stella invecchia, più avanti dovrebbe viaggiare dal suo luogo di nascita vicino all'onda. Sul lato esterno del raggio di co-rotazione, dove le stelle viaggiano più lentamente dell'onda di densità, le stelle più vecchie dovrebbero cadere più indietro rispetto all'onda.

I ricercatori hanno esaminato le immagini delle galassie nel database extragalattico NASA/IPAC, che è gestito dal Jet Propulsion Laboratory della NASA presso il California Institute of Technology. Per ogni galassia, hanno esaminato immagini di diverse lunghezze d'onda della luce, che rappresentano stelle di età diverse. Hanno scoperto che ogni gruppo di stelle formava un braccio con un "angolo di inclinazione" leggermente diverso, " che è l'angolo del braccio rispetto al centro della galassia. Confrontando questi diversi angoli con l'angolo formato dal centro dell'onda di densità, hanno mostrato che la posizione di questi gruppi di stelle corrisponde alla previsione della teoria delle onde di densità.

Sebbene la ricerca fornisca prove del perché i bracci a spirale mantengono la loro forma, restano le domande. È facile capire perché si verifica un ingorgo quando si arriva a un incidente d'auto che ha ridotto tre corsie a una, ma determinare cosa crea le onde più dense è ancora una questione aperta.