螺旋狀的物質波？盤狀星系研究揭示了恆星的運動！

阿肯色大學天體物理學家向解開盤狀星系如何保持其旋臂形狀的謎團邁出了重要一步，他們的發現支持了這樣一種理論，即這些旋臂是由密度更大的物質波產生，這種物質波在星系中傳播時形成螺旋狀圖案。物理學助理教授瑞安·米勒說：盤狀星系中螺旋臂的結構是一個謎，沒有人知道是什麼決定了這些螺旋的形狀，也沒有人知道為什麼它們有一定數量的旋臂，研究為這個謎團提供了一個清晰的答案。盤狀星系，包括銀河系，占已知星系的70%，它們的特徵是螺旋形的旋臂，但天文學家不確定這些旋臂是如何形成和維持自身。

這個謎團始於一個簡單的悖論：盤裝星系軌道上的恆星有一個稱為「星系隆起」的中心質量，靠近中心軌道的恆星比靠近邊緣的恆星速度更快。但是，如果旋臂是由一組固定恆星組成，那麼圖案邊緣恆星就必須比中間的恆星走得更遠，才能保持螺旋圖案。就像在環形跑道的外車道上跑步一樣，他們需要跑得更快才能保持自己在團體中的位置。20世紀60年代，天文學家提出了「密度波理論」來解釋這一悖論。該理論認為，盤星系的旋臂不是由靜止的恆星束形成。相反，這些旋臂是在恆星運動密度更大的區域。恆星按照物理定律運動，當它們圍繞星系中心運行時，它們會遇到這些密度更大的區域。

許多天文學家把密度更大的物質波比作交通堵塞，在交通堵塞中，恆星圍繞星系中心繞行一周的速度受到密度更大物質影響，就像機動車受到高速公路擁堵路段的影響一樣。當他們遇到交通堵塞時，會放慢速度，然後在通過交通堵塞後更容易移動。密度較大的區域也會影響穿過這些區域的氣體雲，它們被壓縮，坍縮成新恆星。米勒曾與茱莉亞·肯納菲克副教授、丹尼爾·肯納菲克博士後學者拉斐爾·歐弗拉西奧博士研究生合作過。glas Shields和研究生Mahamed Shameer Abdeen和Erik Monson，還有澳大利亞Swinburne科技大學的Benjamin Davis

他們的研究結果發表在《天體物理學》上。米勒和同事通過觀察不同年齡的恆星，並將它們的位置與密度波中心位置進行比較，為密度波理論提供了支持。根據這個理論，在星系的每個臂上都會有一個點，在那裡密度波的轉速和恆星轉速是相同的，這叫做共旋轉半徑。在共同旋轉半徑內的恆星應該比密度波移動得更快，因為它們離中心更近。因此，一顆恆星的年齡越大，它應該從靠近波的誕生地走得越遠。在共同旋轉半徑的外側，恆星的運動速度比密度波慢，較老恆星應該落在波的後面。

研究人員檢查了NASA/IPAC河外資料庫中的星系圖像，該資料庫由加州理工學院NASA噴氣推進實驗室操作。對於每個星系，他們研究了代表不同年齡恆星的不同波長光的圖像。發現，每一組恆星都形成了一個有著略微不同的「俯仰角」臂，即臂與星系中心的角度。通過將這些不同角度與密度波中心形成的角度進行比較，發現這些恆星群位置與密度波理論的預測相吻合。儘管這項研究為螺旋臂保持形狀提供了證據，但問題依然存在。當你遇到一場將三條車道縮減為一條車道的交通事故時，交通堵塞發生的原因很容易理解，但確定是什麼造成了更密集的波仍然是一個懸而未決的問題。

博科園-科學科普｜研究/來自: 阿肯色大學

參考期刊文獻:《天體物理學》

DOI: 10.3847/1538-4357/ab0d26

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