Các thiên hà xoắn ốc là một trong những cấu trúc quyến rũ nhất trong thiên văn học, tuy nhiên bản chất của chúng vẫn chưa được hiểu đầy đủ. Các nhà thiên văn học hiện có hai loại lý thuyết có thể giải thích cấu trúc này, tùy thuộc vào môi trường của thiên hà, nhưng một nghiên cứu mới, được chấp nhận để công bố trên Tạp chí Vật lý thiên văn, cho thấy rằng một trong những lý thuyết này có thể sai phần lớn.
Đối với các thiên hà có bạn đồng hành gần đó, các nhà thiên văn học cho rằng lực thủy triều có thể rút ra cấu trúc xoắn ốc. Tuy nhiên, đối với các thiên hà bị cô lập, cần có một cơ chế khác trong đó các thiên hà hình thành các cấu trúc này mà không cần sự can thiệp từ người hàng xóm. Một giải pháp khả thi cho vấn đề này lần đầu tiên được Lin & Shu đưa ra vào năm 1964, trong đó họ cho rằng cấu trúc quanh co chỉ là ảo ảnh. Thay vào đó, những cánh tay này có cấu trúc di chuyển, nhưng các khu vực có mật độ lớn hơn vẫn đứng yên khi các ngôi sao bước vào và thoát khỏi chúng tương tự như cách kẹt xe vẫn ở vị trí mặc dù các xe thành phần di chuyển ra vào. Lý thuyết này đã được mệnh danh là lý thuyết sóng mật độ Lin-Shu và phần lớn đã thành công. Các bài báo trước đây đã báo cáo sự tiến triển từ vùng lạnh, HI và bụi ở phần bên trong của nhánh xoắn ốc, đâm vào vùng mật độ cao hơn này và kích hoạt sự hình thành sao, khiến các ngôi sao lớp O & B nóng bỏng chết trước khi thoát khỏi cấu trúc, rời khỏi các ngôi sao có khối lượng thấp hơn để đưa vào phần còn lại của đĩa.
Một trong những câu hỏi chính về lý thuyết này là tuổi thọ của khu vực quá tải. Theo Lin & Shu cũng như nhiều nhà thiên văn học khác, các cấu trúc này thường ổn định trong thời gian dài. Những người khác cho rằng sóng mật độ đến và đi trong các mô hình tương đối ngắn, lặp đi lặp lại. Điều này sẽ tương tự như tín hiệu rẽ trên xe của bạn và đèn trước mặt bạn đôi khi dường như đồng bộ hóa trước khi ra khỏi pha một lần nữa, chỉ xếp hàng lại sau vài phút. Trong các thiên hà, mô hình sẽ bao gồm các quỹ đạo riêng lẻ của các ngôi sao, chúng sẽ định kỳ xếp hàng để tạo ra các nhánh xoắn ốc. Trêu chọc cái nào trong số này là trường hợp đã là một thách thức.
Để làm như vậy, nghiên cứu mới, do Kelly Foyle từ Đại học McMaster ở Ontario, đã kiểm tra sự tiến triển của sự hình thành sao khi khí và bụi xâm nhập vào vùng xung kích do sóng mật độ Lin-Shu tạo ra. Nếu lý thuyết này là chính xác, họ sẽ mong đợi tìm thấy một sự tiến triển trong đó trước tiên họ sẽ tìm thấy khí HI và carbon monoxide lạnh, sau đó bù đắp hydro phân tử ấm và phát xạ 24 fromm từ các ngôi sao hình thành trong các đám mây và cuối cùng là một phần bù khác của Phát xạ tia cực tím của các ngôi sao hình thành đầy đủ và không bị che khuất.
Nhóm nghiên cứu đã kiểm tra 12 thiên hà xoắn ốc gần đó, bao gồm M 51, M 63, M 66, M 74, M 81 và M 95. Các thiên hà này đại diện cho một số biến thể của các thiên hà xoắn ốc như xoắn ốc thiết kế lớn, xoắn ốc có gai, xoắn ốc hình cầu và tương tác xoắn ốc.
Khi sử dụng thuật toán máy tính để kiểm tra từng độ lệch hỗ trợ cho lý thuyết Lin-Shu, nhóm nghiên cứu đã báo cáo rằng họ không thể tìm thấy sự khác biệt về vị trí giữa ba giai đoạn hình thành sao khác nhau. Điều này mâu thuẫn với các nghiên cứu trước đây (được thực hiện bằng cách sử dụng mắt và do đó có thể có sự thiên vị tiềm năng) và nghi ngờ về cấu trúc xoắn ốc tồn tại lâu như dự đoán của lý thuyết Lin-Shu. Thay vào đó, phát hiện này phù hợp với khả năng các nhánh xoắn ốc thoáng qua bị phá vỡ và cải tổ định kỳ.
Một lựa chọn khác, một trong số đó cứu vãn lý thuyết sóng mật độ là có nhiều tốc độ mô hình mã hóa, chế tạo sóng mật độ phức tạp hơn và do đó làm mờ các độ lệch dự kiến. Khả năng này được hỗ trợ bởi một nghiên cứu năm 2009 đã lập bản đồ các tốc độ này và phát hiện ra rằng một số thiên hà xoắn ốc có khả năng thể hiện hành vi như vậy. Cuối cùng, nhóm nghiên cứu lưu ý rằng chính kỹ thuật này có thể bị thiếu sót và đánh giá thấp sự phát xạ từ mỗi vùng hình thành sao. Để giải quyết câu hỏi, các nhà thiên văn học sẽ cần tạo ra các mô hình tinh tế hơn và khám phá các khu vực chi tiết hơn và trong nhiều thiên hà hơn.
