Forskning i diskgalakser kaster lys over stjerners bevægelser

University of Arkansas astrofysikere har taget et vigtigt skridt i retning af at løse mysteriet om, hvordan diskgalakser bevarer formen på deres spiralarme. Deres resultater understøtter teorien om, at disse arme er skabt af en bølge af tættere stof, der skaber spiralmønsteret, når det bevæger sig hen over galaksen.

"Strukturen af ​​spiralarme i diskgalakser er et mysterium, " sagde Ryan Miller, gæsteadjunkt i fysik. "Ingen ved, hvad der bestemmer formen på disse spiraler, eller hvorfor de har et bestemt antal arme. Vores forskning giver et klart svar på en del af det mysterium."

Disk galakser, inklusive Mælkevejen, omfatter 70 procent af kendte galakser. De er kendetegnet ved deres spiralformede arme, men astronomer er ikke sikre på, hvordan disse dannes og vedligeholder sig selv.

Mysteriet begynder med et simpelt paradoks:stjerner i en diskgalakse kredser om en central masse kaldet en "galaktisk bule, " og stjernerne tættere på midten kredser hurtigere end stjernerne mod kanten. Men, hvis spiralarmene var sammensat af en fast gruppe stjerner, dem på kanterne af mønsteret skulle dække mere afstand end stjernerne i midten for at bevare spiralmønsteret. Som løbere i den ydre bane af en cirkulær bane, de ville være nødt til at bevæge sig hurtigere for at beholde deres position i gruppen.

I 1960'erne, astronomer foreslog "densitetsbølgeteorien" for at forklare dette paradoks. Teorien hævder, at diskgalaksernes arme ikke er dannet af statiske bundter af stjerner. I stedet, disse arme er bølger af tættere områder, der bevæger sig gennem stjernerne. Stjernerne bevæger sig i overensstemmelse med fysikkens love, og når de kredser om galaksens centrum, de møder disse tættere områder.

Mange astronomer har sammenlignet bølgen af ​​tættere stof med en trafikprop, hvor hastigheden af ​​stjerner, der bevæger sig i en cirkel omkring midten af ​​en galakse, påvirkes af det tættere stof på samme måde, som motorkøretøjer påvirkes af en overbelastet del af en galakse. motorvej. De sænker sig, når de møder trængslen, og bevæger sig så lettere efter at være kommet forbi trafikpropperne.

De tættere områder påvirker også skyer af gas, der passerer gennem disse områder. De bliver komprimeret, kollapser til nye stjerner.

Miller arbejdede sammen med lektorerne Julia og Daniel Kennefick, postdoc Rafael Eurfrasio, ph.d.-studerende? Douglas Shields, og kandidatstuderende Mahamed Shameer Abdeen og Erik Monson, samt Benjamin Davis fra Swinburne University of Technology i Australien, også en kandidat fra U of A. De har offentliggjort deres resultater i Astrofysisk tidsskrift .

Miller og hans kolleger støttede tæthedsbølgeteorien ved at se på stjerner i forskellige aldre og sammenligne deres placeringer med centrum af tæthedsbølgen.

Ifølge teorien, der ville være et punkt på hver arm af galaksen, hvor rotationshastigheden af ​​tæthedsbølgen og stjernernes hastighed er den samme. Dette kaldes co-rotationsradius. Stjerner inden for co-rotationsradius bør bevæge sig hurtigere end tæthedsbølgen, fordi de er tættere på midten. Derfor, jo ældre en stjerne bliver, jo længere frem skal den rejse fra sit fødested nær bølgen. På ydersiden af ​​co-rotationsradius, hvor stjerner rejser langsommere end tæthedsbølgen, de ældre stjerner skulle falde længere bag bølgen.

Forskerne undersøgte billeder af galakser i NASA/IPAC Extragalactic Database, som drives af NASA Jet Propulsion Laboratory ved California Institute of Technology. For hver galakse, de undersøgte billeder af forskellige bølgelængder af lys, repræsenterer stjerner i forskellige aldre. De fandt ud af, at hver gruppe af stjerner dannede en arm med en lidt anderledes "pitch-vinkel", " som er armens vinkel i forhold til centrum af galaksen. Ved at sammenligne disse forskellige vinkler med den vinkel, der dannes af centrum af tæthedsbølgen, de viste, at placeringen af ​​disse grupper af stjerner matcher forudsigelsen af ​​tæthedsbølgeteorien.

Selvom forskningen giver bevis for, hvorfor spiralarmene bevarer deres form, spørgsmål tilbage. Det er let at forstå, hvorfor der opstår en trafikprop, når du kommer til en bilulykke, der reducerede tre vejbaner til én, men at bestemme, hvad der skaber de tættere bølger, er stadig et åbent spørgsmål.