星系和大宇宙
星系的旋臂是怎么來(lái)的？
圖1. 旋渦星系M51和它的伴星系，可以看到兩條明顯的旋臂,。
（圖片來(lái)源：北京天文館2020天文攝影師大賽,；作者：姚慷）
很多星系都有漂亮的旋臂。這些旋臂是怎么形成的呢,？很多人會(huì)認(rèn)為,，旋臂是由固定的大量恒星、星際氣體和塵埃組成的,，旋臂里的天體會(huì)幾乎一直聚在一起繞星系中央旋轉(zhuǎn),。
1942年，瑞典科學(xué)家林德布拉德否定了這種說(shuō)法,，提出了密度波理論,。1963年，天文學(xué)家林家翹和徐遐生等人發(fā)展了密度波理論,。該理論認(rèn)為,，旋臂不是由固定物質(zhì)組成的，而是一種運(yùn)動(dòng)的波動(dòng)現(xiàn)象,，此波是大尺度物質(zhì)分布維持與自引力平衡的一種密度波,。恒星和物質(zhì)在繞星系中心旋轉(zhuǎn)時(shí)，繞轉(zhuǎn)速度和空間密度都是波動(dòng)變化的,，當(dāng)它們進(jìn)入引力勢(shì)能較低的區(qū)域時(shí)速度變慢,，物質(zhì)顯得密集，波密度極大的波峰處就呈現(xiàn)為旋臂的圖像,。
為了便于理解,，可以把恒星與汽車的運(yùn)行類比，把恒星想象為運(yùn)動(dòng)在圓形公路上各個(gè)不同車道上的汽車,。如圖2所示,，假定因修路關(guān)閉了一條車道中的某個(gè)路段，這個(gè)區(qū)域交通堵塞會(huì)使汽車密度增加,，但是汽車最擁擠的區(qū)域不是由相同汽車組成的,，也就是說(shuō)，每輛汽車都通過(guò)了擁擠的地方,。
圖2. 密度波理論示意圖
（圖片來(lái)源：《基礎(chǔ)天文學(xué)》,，劉學(xué)富主編）
星系的旋臂就像是修路工程的工地，其旋轉(zhuǎn)的速度（工程的推進(jìn)速度）完全不同于單顆恒星的速度（每輛車的速度）,。所以,，構(gòu)成旋臂的恒星、氣體、塵埃等物質(zhì)并不是固定的,，而是有進(jìn)有出的,。我們的太陽(yáng)目前位于獵戶臂上，若干年之后,，將會(huì)離開(kāi)獵戶臂,，進(jìn)入旋臂之間更為空曠的星際空間。
（本回答主要參考了劉學(xué)富老師主編的《基礎(chǔ)天文學(xué)》）