远高于牛顿力学预期与银河中心距离的速度，但仍不足以解释螺旋结构的稳定性。 自1960年代，有两个主要的星系螺旋结构的假设模型： 这些不同的假说不必互相排斥，因为不同类型的螺旋臂可能会需要不同的解释。
密度波模型.贝蒂尔·林德布拉德提出螺旋臂存在的区域是密度（密度波）增强，恆星和气体运动得比星系其它地区慢的区域。密度随着气体的进入而增加，受到挤压而诞生新的恆星，其中一些是生命期较短的蓝色恆星，使得螺旋臂较为明亮。这种想法由林家翘和徐遐生在1964年发展成为密度波理论。