Os astrofísicos da Universidade de Arkansas deram um passo importante para resolver o mistério de como as galáxias de disco mantêm a forma de seus braços espirais. Suas descobertas apóiam a teoria de que esses braços são criados por uma onda de matéria mais densa que cria o padrão espiral conforme viaja pela galáxia.

"A estrutura dos braços espirais nas galáxias de disco é um mistério, "disse Ryan Miller, professor assistente visitante de física. "Ninguém sabe o que determina a forma dessas espirais, ou porque eles têm certo número de armas. Nossa pesquisa fornece uma resposta clara para parte desse mistério. "

Galáxias de disco, incluindo a Via Láctea, compreendem 70 por cento das galáxias conhecidas. Eles são caracterizados por seus braços em forma de espiral, mas os astrônomos não têm certeza de como eles se formam e se mantêm.

O mistério começa com um paradoxo simples:estrelas em uma galáxia de disco orbitam uma massa central chamada de "protuberância galáctica, "e as estrelas mais próximas do centro orbitam mais rápido do que as estrelas em direção à borda. Mas, se os braços espirais fossem compostos de um grupo fixo de estrelas, as que estão nas bordas do padrão teriam que cobrir uma distância maior do que as estrelas do meio para manter o padrão espiral. Como corredores na pista externa de uma pista circular, eles precisariam se mover mais rápido para manter sua posição no grupo.

Na década de 1960, astrônomos propuseram a "teoria das ondas de densidade" para explicar esse paradoxo. A teoria sustenta que os braços das galáxias em disco não são formados por feixes estáticos de estrelas. Em vez de, esses braços são ondas de áreas mais densas que se movem através das estrelas. As estrelas se movem de acordo com as leis da física, e como eles orbitam o centro da galáxia, eles encontram essas áreas mais densas.

Muitos astrônomos compararam a onda de matéria mais densa a um engarrafamento no qual a velocidade das estrelas que viajam em um círculo ao redor do centro de uma galáxia é afetada pela matéria mais densa da mesma forma que veículos motorizados são afetados por uma parte congestionada de um rodovia. Eles diminuem a velocidade à medida que encontram o congestionamento e, em seguida, movem-se com mais facilidade depois de passarem pelo engarrafamento.

As áreas mais densas também afetam as nuvens de gás que passam por essas regiões. Elas ficam comprimidas, colapsando em novas estrelas.

Miller trabalhou com os professores associados Julia e Daniel Kennefick, pós-doutorado Rafael Eurfrasio, estudante de doutorado? Douglas Shields, e os alunos de graduação Mahamed Shameer Abdeen e Erik Monson, bem como Benjamin Davis da Swinburne University of Technology na Austrália, também graduado pela U of A. Eles publicaram seus resultados no Astrophysical Journal .

Miller e seus colegas forneceram suporte para a teoria da onda de densidade observando estrelas de diferentes idades e comparando suas localizações com a do centro da onda de densidade.

De acordo com a teoria, haveria um ponto em cada braço da galáxia onde a velocidade de rotação da onda de densidade e a velocidade das estrelas é a mesma. Isso é chamado de raio de co-rotação. As estrelas dentro do raio de co-rotação devem se mover mais rápido do que a onda de densidade porque estão mais próximas do centro. Portanto, quanto mais velha fica uma estrela, quanto mais à frente ele deve viajar de seu local de nascimento próximo à onda. No lado externo do raio de co-rotação, onde as estrelas estão viajando mais lentamente do que a onda de densidade, as estrelas mais velhas devem ficar mais atrás da onda.

Os pesquisadores examinaram imagens de galáxias no Banco de Dados Extragaláctico da NASA / IPAC, que é operado pelo Laboratório de Propulsão a Jato da NASA no Instituto de Tecnologia da Califórnia. Para cada galáxia, eles examinaram imagens de diferentes comprimentos de onda de luz, representando estrelas de diferentes idades. Eles descobriram que cada grupo de estrelas formava um braço com um "ângulo de inclinação ligeiramente diferente, "que é o ângulo do braço em relação ao centro da galáxia. Ao comparar esses diferentes ângulos com o ângulo formado pelo centro da onda de densidade, eles mostraram que a localização desses grupos de estrelas coincide com a previsão da teoria da onda de densidade.

Embora a pesquisa forneça evidências de por que os braços espirais mantêm sua forma, questões permanecem. É fácil entender por que ocorre um engarrafamento quando você chega a um acidente de carro que reduziu três pistas para uma, mas determinar o que cria as ondas mais densas ainda é uma questão em aberto.