圣彼得堡国立大学天体物理学家揭示星系螺旋结构形成存在多重机制
圣彼得堡国立大学联合莫斯科国立罗蒙诺索夫大学及普尔科沃天文台学者，开发出螺旋星系研究新方法。通过三个典型星系样本的系统性研究，证实这类天体的螺旋结构存在差异化的形成机制，表明银河系等旋涡星系的螺旋臂构造比既有认知更为复杂。
现有已知的许多恒星系统——星系，从中心向外逐渐呈顺时针或逆时针螺旋状旋转，因此外观常呈螺旋形。大多数此类星系拥有两个从核心向外延伸的清晰对称主旋臂，但部分星系存在多分支螺旋结构。
研究成果发表在《Galaxies》科学期刊上。
当前观测表明，超过70%的盘状星系具有类似银河系的螺旋形态（太阳系即位于银河猎户座旋臂）。学界对螺旋结构成因存在多种理论模型。
最具影响力的"星系盘密度波理论"认为，可通过高峰时段的交通堵塞来类比。单辆汽车（在银河中对应的是恒星）不断地驶入或驶出形成堵塞的车流队列。然而在某些条件下，这种拥堵区域本身会以一定的速度移动——就像银河盘中的波动一样。由于其密度较高，这种结构（如螺旋臂）十分醒目。这样的理论建立在大量望远镜观测数据的基础之上，最先进的望远镜甚至能够分辨出螺旋结构的精细细节。
另一种方法是通过计算机数值模拟星系（由气体和恒星颗粒组成）并进行详细研究。圣彼得堡国立大学的科学家在这一领域是全球领先者之一。然而，即便在最先进的模型中，纳入大量颗粒的计算也很少能生成与观测相符且在短时间内（按星系时间尺度）不崩塌的螺旋结构。
圣彼得堡国立大学在空间研究领域开展了大量工作，并致力于开发更高效的宇宙研究方法和设备。例如，圣彼得堡国立大学的科学家率先在全球开展了太空细菌生物膜研究，目前正在研究太空飞行对宇航员身体的影响，模拟导致宇宙爆炸的过程等。有关该校学者在太空探索领域贡献的更多详情，请参阅相关报道。今年，在庆祝圣彼得堡国立大学日活动中，国际空间站第71次考察队向学校历史博物馆移交了一面在大学300周年之际曾登上国际空间站的旗帜。宇航员作为嘉宾参与了圣彼得堡国立大学的科普播客“海因里希·太赫兹”，分享了轨道上进行的科学实验、个人兴趣和喜爱的文学作品。
研究螺旋星系有助于在宇宙尺度上验证地球物理学，包括引力、暗物质和恒星特性。目前，螺旋结构的形成机制尚不完全清楚，因此是天体物理学家研究的重点。
圣彼得堡国立大学的科学家与同事基于观测数据，验证了星系是否具有与不同螺旋结构形成机制相关的特征。
主要难点在于此类特征实际上很少。例如，密度波理论假设螺旋结构以恒定角速度旋转（“固态”旋转），而另一种理论认为角速度随距中心距离增加而减小（如同星系盘）。
圣彼得堡国立大学观测天体物理实验室高级研究员亚历山大·马尔丘克
专家研究了星系螺旋臂的旋转情况，特别关注螺旋臂与星系盘以相同速度运动的区域，即共旋半径。如果螺旋结构整体旋转，则只有一个共旋半径；若星系不同部分以不同速度旋转，则可能存在多个或无共旋半径。
为更详细研究，天体物理学家选择了三个星系：一个具有一致的共旋半径测量数据，另一个整个星系盘数据模糊，第三个可能存在多个共旋半径。为独立验证假设，研究人员采用多种方法：观测星系内部气体运动，分析不同年龄恒星的位置，比较紫外和红外光谱图像，并为此开发了专用程序。
研究表明，星系螺旋臂的结构远比此前假设的复杂。通过恒星运动学、化学组成及多波段辐射特征的综合分析，证实三个星系螺旋结构具有本质差。
圣彼得堡国立大学观测天体物理实验室高级研究员亚历山大·马尔丘克
科学家指出，拥有清晰螺旋臂的M100星系并未显示“密度波”特征，这与普遍认为此类星系螺旋应整体旋转的观点相悖。在另外两个星系（NGC 3686和NGC 2403）中，天体物理学家首次可靠确认存在单一和双重密度波类型。因此，这项研究发现了不同类型螺旋的可靠例证，有助于更深入理解其成因并开发新的分析方法。