阿肯色大学天体物理学家向解开盘状星系如何保持其旋臂形状的谜团迈出了重要一步，他们的发现支持了这样一种理论，即这些旋臂是由密度更大的物质波产生，这种物质波在星系中传播时形成螺旋状图案。物理学助理教授瑞安·米勒说：盘状星系中螺旋臂的结构是一个谜，没有人知道是什么决定了这些螺旋的形状，也没有人知道为什么它们有一定数量的旋臂，研究为这个谜团提供了一个清晰的答案。盘状星系，包括银河系，占已知星系的70%，它们的特征是螺旋形的旋臂，但天文学家不确定这些旋臂是如何形成和维持自身。
这个谜团始于一个简单的悖论：盘装星系轨道上的恒星有一个称为“星系隆起”的中心质量，靠近中心轨道的恒星比靠近边缘的恒星速度更快。但是，如果旋臂是由一组固定恒星组成，那么图案边缘恒星就必须比中间的恒星走得更远，才能保持螺旋图案。就像在环形跑道的外车道上跑步一样，他们需要跑得更快才能保持自己在团体中的位置。20世纪60年代，天文学家提出了“密度波理论”来解释这一悖论。该理论认为，盘星系的旋臂不是由静止的恒星束形成。相反，这些旋臂是在恒星运动密度更大的区域。恒星按照物理定律运动，当它们围绕星系中心运行时，它们会遇到这些密度更大的区域。
许多天文学家把密度更大的物质波比作交通堵塞，在交通堵塞中，恒星围绕星系中心绕行一周的速度受到密度更大物质影响，就像机动车受到高速公路拥堵路段的影响一样。当他们遇到交通堵塞时，会放慢速度，然后在通过交通堵塞后更容易移动。密度较大的区域也会影响穿过这些区域的气体云，它们被压缩，坍缩成新恒星。米勒曾与茱莉亚·肯纳菲克副教授、丹尼尔·肯纳菲克博士后学者拉斐尔·欧弗拉西奥博士研究生合作过。glas Shields和研究生Mahamed Shameer Abdeen和Erik Monson，还有澳大利亚Swinburne科技大学的Benjamin Davis
他们的研究结果发表在《天体物理学》上。米勒和同事通过观察不同年龄的恒星，并将它们的位置与密度波中心位置进行比较，为密度波理论提供了支持。根据这个理论，在星系的每个臂上都会有一个点，在那里密度波的转速和恒星转速是相同的，这叫做共旋转半径。在共同旋转半径内的恒星应该比密度波移动得更快，因为它们离中心更近。因此，一颗恒星的年龄越大，它应该从靠近波的诞生地走得越远。在共同旋转半径的外侧，恒星的运动速度比密度波慢，较老恒星应该落在波的后面。
研究人员检查了NASA/IPAC河外数据库中的星系图像，该数据库由加州理工学院NASA喷气推进实验室操作。对于每个星系，他们研究了代表不同年龄恒星的不同波长光的图像。发现，每一组恒星都形成了一个有着略微不同的“俯仰角”臂，即臂与星系中心的角度。通过将这些不同角度与密度波中心形成的角度进行比较，发现这些恒星群位置与密度波理论的预测相吻合。尽管这项研究为螺旋臂保持形状提供了证据，但问题依然存在。当你遇到一场将三条车道缩减为一条车道的交通事故时，交通堵塞发生的原因很容易理解，但确定是什么造成了更密集的波仍然是一个悬而未决的问题。
