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密度波理論

密度波理論（density wave theory）以引力作用下物質流進流出低引力勢的懸臂區解釋星系旋渦結構的理論。1964年由美籍華裔天體物理學家林家翹和徐遐生在荷蘭天文學家B.林德布拉德工作的基礎上提出。密度波理論認為，旋渦結構並不是永遠由同一批物質組成。它實質上是物質集中處低引力勢區的波動狀圖案。換句話説，旋臂由密度波波峯的跡線構成。波形圖案並不與物質相聯，而是以不同的角速度運動。相對運動速度平均約30千米/秒。正是這種運動維持了旋渦星系的規整外貌，也解決了固定物質旋臂因較差自轉帶來的纏繞困難。^[1]

恆星進入旋臂引力勢阱後，在那裏停留一段時間再隨軌道運動出來。星際氣體在進入懸臂時受到突然壓縮，可能觸發恆星形成，從而成功地解釋了明亮年輕恆星集中分佈在懸臂上的現象。^[1]

中文名: 密度波理論
外文名: density wave theory
提出者: B.林德布拉德
提出時間: 1942年

應用學科: 宇宙學
適用領域範圍: 星系的形成與演化
適用領域範圍: 星系結構的形成與演化
螺旋結構: 波動圖案

密度波理論簡介

密度波理論認為，星系的螺旋結構是一種波動圖案。旋臂區域裏恆星密集，引力場強。但恆星並不是永遠停留在旋臂上。恆星按照近於圓形的軌道繞星系中心旋轉。在運動過程中，恆星將進入，然後再走出旋臂。恆星進入旋臂後由於旋臂區恆星密集和引力場強而減慢速度。但另一方面，速度的減慢又使恆星擠在一起，密度增大，引力場加強，因此，一旦出現了旋臂圖案，這種圖案將自行維持。密度波理論成功地解釋了星系螺旋結構的本質和能夠長期維持的原因，並説明了許多觀測事實。

密度波的一個重要特點是﹐旋臂中的星不是一成不變的﹐恆星有進有出﹐川流不息﹐而旋臂圖案卻保持不變﹐旋臂不會纏捲起來。

密度波理論問題提出

旋渦結構是旋渦星系的主要形態特徵，在星系自轉時，內部角速度比外部角速度大，旋臂應該越纏越緊。據計算﹐在星系年齡內﹐旋臂應該完全纏繞在一起﹐然而觀測所見並非如此。有人認為維持旋渦結構的力量是星際磁場﹐但磁場實際強度不足以維持這種結構。

密度波理論理論建立

1942年瑞典天文學家林德布拉德提出密度波理論。1964年以來﹐美籍科學家林家翹建立了系統的密度波理論。

密度波理論認為﹐恆星在繞中心旋轉時﹐繞轉的速度和空間密度都是波動變化的。運動慢則恆星密集﹐反之則稀疏﹐因而空間密度也呈現波動變化，這種波被稱為密度波。這種波既繞中心環行傳播﹐同時又沿半徑方向傳播﹐因而密度極大的波峯呈旋渦狀分佈﹐從而形成旋臂。恆星進入旋臂後因為恆星密集和引力場加強而減慢速度﹔反過來﹐速度減慢使恆星“擁擠”一起﹐密度增大﹐引力場加強﹐因而使這種狀況得以自行維持。

根據林家翹的密度波理論模式﹐從星系應該遵循的引力場方程和動力學方程﹐得出準穩定的旋渦密度波解﹐説明了許多觀測事實。密度波理論成功地解釋了旋渦結構的本質和能夠維持的原因﹐但是關於旋臂的起源與演化等問題﹐仍需作進一步的研究。

密度波理論簡潔的解釋了宏相漩渦星系所觀測到的漩渦結構，比如M81和M74，但在解釋呈絮狀漩渦星系時，比如M33，理論就不那麼成功了。這時則需結合漩渦結構的其他理論了。^[2]