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원반 속의 별들과 가스 그리고 먼지 구름은 나선의 형태로 모인다. 우리 은하에는 나선팔 이라 불리는 나선의 형태가 네 개가 있다. 나선팔의 안과 나선팔 사이에는 많은 별들이 있 지만 어두운 별의 경향을 많이 띤다. (G,K,M type stars) 수명이 긴 별들은 은하를 선회하듯 이 나선팔의 안팎으로 움직인다. 가스 구름이 나선팔 안에서 압축되기 때문에 별의 생성이 나선팔 속에서 생긴다. 매우 밝고 짧은 수명을 가진 O, B형 별들과 그 주위의 HⅡ지역은 나선의 영역을 증가시킨다. 그 별들은 집의 가장자리 주위의 크리스마스 조명들이 밤에 집의 경계를 만드는 것과 같은 방법으로 나선형의 윤곽을 만든다. O,B형 별들은 겨우 수백만의 수 명 밖에 가지지 않기 때문에 나선팔의 바깥으로 나가기에는 시간이 부족하다. 이것이 그 별들 이 나선팔의 영역에서만 발견되는 이유이다.
차별적인 회전(differential rotation) 은 원반에서 나선형의 형태가 쉽게 나오도록 한다. 차별적 인 회전은 은하 원반의 서로 다른 부분의 각속도의 차이이다. 이것은 중심에 가까이 있는 별일 수록 주어진 시간동안에 그들의 궤도를 보다 완전하게 돈다. 그러나 차별적인 회전은 나선팔 을 만드는 데에 너무 효과적이다. 5억년이 지나면, 나선팔들은 나선구조를 잃을 정도로 꼬이게 된다. 또한 나선 형태는 원반의 단지 작은 부분만 차지한다. 다른 은하의 관측은 이것을 부정 한다. 나선 은하 안의 나선팔들은 두 개 이상의 회전을 거의 하지 않는다. 은하들은 10억년 이 상의 나이를 가지는데 그러기 위해서는 나선의 형태가 장기간 유지되어야 한다. 무엇이 나선 의 형태를 유지시키는가?
밀도파 이론(Density wave Theory)
한 유명한 이론은 다음과 같이 말한다. 나선 구조는 별들과 가스들이 밀도파를 따라 뭉쳐지 도록 원반을 통해 움직이는 wave이다. 그 나선팔들은 별들이 은하 중심 주위를 돌면서 별들이 쌓인 곳이다. 그것들은 러시 아워동안에 혼잡한 고속도로의 입구와 같다. 많은 자동차들이 모 인 곳에 한 대의 차가 오면 차의 속도가 느려지고 움직이지 않게 된다. 그러나 결국에는 차가 그 곳을 지나가게 되고 속도는 다시 빨라진다. 지방 라디오 방송국의 교통정보 기사를 쓰기 위 해 헬리콥터에 있는 사람은 각 개인들의 차가 빠져 나갈지라도 그보다는 교통 혼잡지역의 입 구를 보게 된다. 고속도로를 빠져 나가는 또 다른 무리는 천천히 움직이는 트럭 뒤에 차가 쌓 인 것처럼 보일지도 모른다.
은하에서 거대한 중력의 나선팔은 별과 가스를 집중시킨다. 나선 팔은 별들이 움직이는 속도의 절반의 속도로 회전한다. 큰 중력 지역의 뒤쪽에 있는 별들은 그 지역으로 끌어당겨지고 가속된다. 큰 중력지역을 빠져나가는 별들은 거꾸로 끌어당겨지고 감 속된다. 나선 wave로 들어가는 가스는 압축된다. Wave의 아래쪽(하류)에는 많은 HⅡ(별이 생성 되는 지역)이 있을 것이다. 이것은 두드러진 두 나선팔을 가진 몇몇 은하에서 발견되었다. 그 러나 아직 밝혀지지 않은 의문이 있다. 처음에는 무엇이 나선 wave를 만드는가? 무엇이 wave 를 유지하는가?
자가 증식을 통한 별의 생성 (Self-propagating Star Formation)
또 다른 유명한 이론은 나선팔의 형태를 만들기 위해 초신성의 폭발로부터 나온 충격파를 이용한다. 초신성의 충격파가 가스 구름에 도달할 때, 그것은 별의 생성을 자극하기 위해 가스 구름을 압축한다. 그들 중 어떤 것은 그 과정을 계속 진행하기 위해 자신의 초신성 폭발을 만 들어 낼 만큼 충분히 크다. 원반의 차별적 회전과 복합되어서 충격파는 나선팔의 모양이 보이 게 한다.초신성 폭발의 연속에 대한 은하 원반의 컴퓨터 시뮬레이션은 나선팔을 만들어낸다. 그러나 그것들은 어지러져 있고 대칭적이지 않으며 그랜드-디자인이라 불리는 두 개의 팔을 가진 나선처럼 속이 가득 차 있다. 털뭉치 같은 나선이라 불리는 수많은 어지러져 있는 나선팔 을 가진 나선 은하가 있는데 이는 별을 스스로 생성해 내는 메커니즘이 설득력 있다.
 A ``grand-design'' spiral interacting with a neighbor galaxy. |
 A flocculent spiral with ragged spiral arms. |
일시적 나선(Transient Spirals)
이 시나리오에서 나선 팔들은 변화한다. 이 행동은 은하 원반의 컴퓨터 시뮬레이션에서 보여진다. 세 이론 모두 옳을 수 있다. 어떤 은하들은 (특히 그랜드-디자인 나선) 밀도파 메카니즘을 사용하고 다른 은하들은 자기복제 별 형성이나 일시적 나선 메카니즘을 사용한다. 우리 은하는 하나 이상을 사용하는 나선의 예일지도 모른다. 나선 밀도파는 원반 내의 총체적 패턴을 확립할 수 있고 초신성 폭발은 디자인을 다소 변경할 수 있다.