Les galaxies spirales sont l'une des structures les plus captivantes de l'astronomie, mais leur nature n'est pas encore entièrement comprise. Les astronomes ont actuellement deux catégories de théories qui peuvent expliquer cette structure, en fonction de l'environnement de la galaxie, mais une nouvelle étude, acceptée pour publication dans le Astrophysical Journal, suggère qu'une de ces théories pourrait être largement erronée.
Pour les galaxies avec des compagnons à proximité, les astronomes ont suggéré que les forces de marée pourraient dessiner la structure en spirale. Cependant, pour les galaxies isolées, un autre mécanisme est nécessaire dans lequel les galaxies forment ces structures sans intervention d'un voisin. Une solution possible à cela a été élaborée pour la première fois en 1964 par Lin & Shu dans laquelle ils ont suggéré que la structure d'enroulement n'était qu'une illusion. Au lieu de cela, ces armes ne bougeaient pas de structures, mais des zones de plus grande densité qui restaient immobiles lorsque les étoiles entraient et sortaient, de la même manière qu'un embouteillage reste en place bien que les voitures composantes entrent et sortent. Cette théorie a été surnommée la théorie des ondes de densité Lin-Shu et a été largement couronnée de succès. Les articles précédents ont signalé une progression des régions froides, HI et de la poussière sur la partie intérieure des bras en spirale, qui se brisent dans cette région de densité plus élevée et déclenchent la formation d'étoiles, faisant des étoiles chaudes de classe O & B qui meurent avant de quitter la structure, laissant le étoiles de masse inférieure pour peupler le reste du disque.
L'une des principales questions sur cette théorie a été la longévité de la région trop dense. Selon Lin & Shu ainsi que de nombreux autres astronomes, ces structures sont généralement stables sur de longues périodes. D'autres suggèrent que l'onde de densité va et vient selon des schémas récurrents de courte durée. Ce serait similaire au clignotant de votre voiture et à celui devant vous semblant parfois se synchroniser avant de redevenir déphasé, pour s'aligner à nouveau en quelques minutes. Dans les galaxies, le motif serait composé des orbites individuelles des étoiles, qui s'aligneraient périodiquement pour créer les bras en spirale. Il a été difficile de déterminer lequel de ces cas était le cas.
Pour ce faire, la nouvelle recherche, dirigée par Kelly Foyle de l'Université McMaster en Ontario, a examiné la progression de la formation d'étoiles lorsque le gaz et la poussière pénètrent dans la région de choc produite par l'onde de densité Lin-Shu. Si la théorie était correcte, ils devraient s'attendre à trouver une progression dans laquelle ils trouveraient d'abord du gaz HI froid et du monoxyde de carbone, puis des compensations d'hydrogène moléculaire chaud et des émissions de 24 μm des étoiles se formant dans les nuages, et enfin, un autre décalage de la Emission UV d'étoiles entièrement formées et non masquées.
L'équipe a examiné 12 galaxies spirales à proximité, dont M 51, M 63, M 66, M 74, M 81 et M 95. Ces galaxies représentaient plusieurs variantes de galaxies spirales telles que des spirales de grand design, des spirales barrées, des spirales floculeuses et une interaction spirale.
Lors de l'utilisation d'un algorithme informatique pour examiner chacun des décalages qui prendraient en charge la théorie de Lin-Shu, l'équipe a indiqué qu'elle n'a pas pu trouver de différence de localisation entre les trois phases différentes de la formation des étoiles. Cela contredit les études précédentes (qui ont été faites «à l'œil» et donc sujettes à des biais potentiels) et jette un doute sur la structure en spirale à longue durée de vie telle que prédite par la théorie de Lin-Shu. Au lieu de cela, cette conclusion est en accord avec la possibilité de bras en spirale transitoires qui se séparent et se réforment périodiquement.
Une autre option, qui sauve la théorie des ondes de densité, est qu'il existe plusieurs «vitesses de configuration» produisant des ondes de densité plus complexes et brouille ainsi les décalages attendus. Cette possibilité est confirmée par une étude de 2009 qui a cartographié ces vitesses et a constaté que plusieurs galaxies spirales sont susceptibles de présenter un tel comportement. Enfin, l'équipe note que la technique elle-même peut être défectueuse et sous-estimer l'émission de chaque zone de formation d'étoiles. Pour régler la question, les astronomes devront produire des modèles plus raffinés et explorer les régions plus en détail et dans plus de galaxies.
