Les astrophysiciens de l'Université de l'Arkansas ont franchi une étape importante vers la résolution du mystère de la façon dont les galaxies à disques maintiennent la forme de leurs bras spiraux. Leurs découvertes soutiennent la théorie selon laquelle ces bras sont créés par une vague de matière plus dense qui crée le motif en spirale lors de son voyage à travers la galaxie.

"La structure des bras spiraux dans les galaxies à disques est un mystère, " a déclaré Ryan Miller, professeur assistant invité de physique. "Personne ne sait ce qui détermine la forme de ces spirales, ou pourquoi ils ont un certain nombre d'armes. Notre recherche fournit une réponse claire à une partie de ce mystère. »

Galaxies-disques, dont la Voie Lactée, représentent 70 pour cent des galaxies connues. Ils se caractérisent par leurs bras en forme de spirale, mais les astronomes ne savent pas comment ceux-ci se forment et se maintiennent.

Le mystère commence par un simple paradoxe :les étoiles d'une galaxie à disque orbitent autour d'une masse centrale appelée "renflement galactique, " et les étoiles plus proches du centre orbitent plus vite que les étoiles vers le bord. Mais, si les bras spiraux étaient composés d'un groupe fixe d'étoiles, ceux sur les bords du motif devraient couvrir plus de distance que les étoiles au milieu afin de maintenir le motif en spirale. Comme des coureurs dans la voie extérieure d'une piste circulaire, ils auraient besoin d'aller plus vite pour conserver leur position dans le groupe.

Dans les années 1960, les astronomes ont proposé la "théorie des ondes de densité" pour expliquer ce paradoxe. La théorie soutient que les bras des galaxies à disques ne sont pas formés à partir de faisceaux d'étoiles statiques. Au lieu, ces bras sont des vagues de zones plus denses qui se déplacent à travers les étoiles. Les étoiles se déplacent selon les lois de la physique, et comme ils orbitent autour du centre de la galaxie, ils rencontrent ces zones plus denses.

De nombreux astronomes ont comparé l'onde de matière plus dense à un embouteillage dans lequel la vitesse des étoiles se déplaçant en cercle autour du centre d'une galaxie est affectée par la matière plus dense de la même manière que les véhicules à moteur sont affectés par une partie encombrée d'un Autoroute. Ils ralentissent au fur et à mesure qu'ils rencontrent la congestion, puis se déplacent plus facilement après avoir dépassé les embouteillages.

Les zones plus denses affectent également les nuages ​​de gaz qui traversent ces régions. Ils se compriment, s'effondrer dans de nouvelles étoiles.

Miller a travaillé avec les professeurs associés Julia et Daniel Kennefick, chercheur postdoctoral Rafael Eurfrasio, doctorant ? Douglas Shields, et les étudiants diplômés Mahamed Shameer Abdeen et Erik Monson, ainsi que Benjamin Davis de l'Université de technologie de Swinburne en Australie, également diplômé de l'U of A. Ils ont publié leurs résultats dans le Journal d'astrophysique .

Miller et ses collègues ont soutenu la théorie des ondes de densité en examinant des étoiles d'âges différents et en comparant leur emplacement à celui du centre de l'onde de densité.

Selon la théorie, il y aurait un point sur chaque bras de la galaxie où la vitesse de rotation de l'onde de densité et la vitesse des étoiles sont les mêmes. C'est ce qu'on appelle le rayon de co-rotation. Les étoiles à l'intérieur du rayon de co-rotation devraient se déplacer plus rapidement que l'onde de densité car elles sont plus proches du centre. Par conséquent, plus une star vieillit, plus il doit voyager loin de son lieu de naissance près de la vague. Sur le côté extérieur du rayon de co-rotation, où les étoiles voyagent plus lentement que l'onde de densité, les étoiles plus âgées devraient tomber plus loin derrière la vague.

Les chercheurs ont examiné des images de galaxies dans la base de données extragalactique NASA/IPAC, qui est exploité par le Jet Propulsion Laboratory de la NASA au California Institute of Technology. Pour chaque galaxie, ils ont examiné des images de différentes longueurs d'onde de lumière, représentant des étoiles d'âges différents. Ils ont découvert que chaque groupe d'étoiles formait un bras avec un "angle d'inclinaison légèrement différent, " qui est l'angle du bras par rapport au centre de la galaxie. En comparant ces différents angles à l'angle formé par le centre de l'onde de densité, ils ont montré que l'emplacement de ces groupes d'étoiles correspond à la prédiction de la théorie des ondes de densité.

Bien que la recherche fournisse des preuves de la raison pour laquelle les bras spiraux conservent leur forme, des questions demeurent. Il est facile de comprendre pourquoi un embouteillage se produit lorsque vous arrivez à un accident de voiture qui a réduit trois voies à une, mais déterminer ce qui crée les vagues plus denses est encore une question ouverte.