纏卷疑難

纏卷疑難（windingdilemma）是指密度波理論建立以前星系動力學中的一個疑難問題，是指星系較差自轉應使旋臂呈緊卷態，但觀測表明多數星系的旋臂並未緊密纏卷

基本介紹

• 中文名：纏卷疑難
• 外文名：windingdilemma

漩渦星系

旋渦星系（Spiral Galaxy）是觀測到的數量最多、外形最美麗的一種星系。它的形狀很像江河中的旋渦，因而得名。這類星系在其對稱面附近含有大量的瀰漫物質，從正面看，形狀像旋渦；從側面看，便呈梭狀。仙女座星系、三角座星系都是這種類型的河外星系。

仙女座星系是最著名的漩渦星系，也是本星系群中最大的星系，與銀河系共同主宰著本星系群。

疑難提出

仙女座星系有著捲曲而明亮的旋臂。其形態就好像我們在咖啡中攪動牛奶所形成的圖案，或者說，像是一個旋渦，這也是為什麼此類星系被稱為旋渦星系。

對漩渦星系進行的大量觀測發現，那些接近星系中心的恆星的移動速度與接近星系邊緣的恆星的移動速度相同。這似乎意味著，在旋渦星系自轉的過程中，旋臂在很短的時間內就會不復存在。

另一種考慮方式是，如果說旋臂隨著星系一起轉動的話，它們為什麼不會像紡錘上的線一樣被卷緊？傳統上，人們一直認為懸臂是星系的組成部分，裡面的天體是固定不變的。但如果是這樣，由於漩渦星系內部的自轉角速度大於外部的角速度，因此，懸臂應該越纏越緊，最終將使星系中的天體如同紡錘上的線一樣，完全纏繞在一起。然而，觀測表明這樣的現象並不存在。簡單的計算表明，一個旋渦星系只需轉幾圈，就能破壞掉所有的旋臂，這個時間與星系的年齡相比起來實在是太短了。那么，為什麼天文學家觀察附近的1500個星系，會有多達三分之二的星系“碰巧”擁有旋臂呢？

這個困惑在天文學上被稱為“纏卷疑難”，天文學界數十年來無法為其提供合理的解釋。

疑難解決與密度波理論

林家翹及其理論

林家翹（1916年7月7日—2013年1月13日），生於北京市，原籍福建省福州市。國際公認的力學和套用數學權威、天體物理學家。

對於“纏卷疑難”，林家翹認為，旋臂不是物質而是密度波。經過艱苦的計算，他建立了螺旋密度波理論。按照該理論，旋臂是恆星、塵埃等天體繞星系中心運動時空間分布較密集的區域，兩個旋臂之間較暗的部分，則只有較少的天體。組成旋臂的天體並非始終處於旋臂中，而是有進有出。換句話說，人們看到的旋臂，是密布其中的恆星發出的光，而非星系長出的“肢體”。

密度波理論正式公布後，立刻震動國際天文學界。大量的觀測支持了林家翹的理論。曾有人對密度波提出反對意見，林家翹立刻用相關概念反駁，並和幾個學生一起建立了相關概念的完整理論模型，使密度波成了顛撲不破的理論。如今，這一論斷已被天文學界廣泛接受。

疑難的解決

用密度波來解釋旋渦星系的旋臂，就意味著星系的旋臂僅僅是我們的一種“錯覺”。

旋臂並不是某種“物質”，隨著星系整體轉動，而是像擁堵的車輛所形成的那種“波”。換句話說，旋臂和旋臂之間並不是空的，只不過是旋臂區域恆星、氣體和塵埃的密度比較大而已。恆星會在旋臂間穿進穿出，旋臂中具體的恆星一直在變化，但擁堵的情況依舊。

由於旋臂中的氣體和塵埃的密度比較大，使得旋臂成了恆星工廠。大量年輕、熾熱、質量巨大的恆星出現在旋臂中，照亮周圍的物質。但是，質量越大的恆星壽命越短，旋臂中常見的大質量恆星可能只能燃燒1000萬年。作為比較，我們的太陽已經燃燒了50億年，且尚值中年。

於是，當旋臂中的大質量恆星離開旋臂的時候，它們可能已經暗淡無光了。這就是為什麼旋臂看起來要比旋臂間的區域更加明亮。我們之所以看到星系呈現旋渦狀，是因為我們難以看到旋臂間暗淡的恆星。

我們的銀河系也是一個旋渦星系，太陽帶著地球在旋臂中穿梭。據估計，地球每過1億年會遇到一個旋臂，繼而花1000萬年穿過它。由於在旋臂中會受到較為強烈的輻射，有人便試圖尋找穿越旋臂的時間與生物大滅絕的對應關係。

對於旋臂的形成，天文學家尚不清楚的一點是，星系中的密度波最初是如何出現的。現在存在多種理論，來解釋不同類型旋渦星系中密度波的出現。