Οι σπειροειδείς βραχίονες των γαλαξιών δεν είναι σταθερά αντικείμενα, αλλά λειτουργούν ως τεράστια «κοσμικά μποτιλιαρίσματα» ύλης.

Η θεωρία των κυμάτων πυκνότητας προτάθηκε για πρώτη φορά από τους αστροφυσικούς C.C. Lin και Frank Shu το 1964 για να λύσει το «παράδοζο της περιέλιξης». Αν οι βραχίονες ήταν σταθερές υλικές δομές, η διαφορική περιστροφή του γαλαξία θα τους είχε τυλίξει σφιχτά γύρω από το κέντρο μέσα σε λίγα εκατομμύρια χρόνια. Αντίθετα, οι βραχίονες διατηρούν το σχήμα τους επειδή είναι περιοχές υψηλότερης πυκνότητας που διαδίδονται μέσα στον γαλαξιακό δίσκο.Καθώς τα νέφη αερίου εισέρχονται σε ένα τέτοιο κύμα, η πυκνότητά τους αυξάνεται κατά 10% έως 20%, γεγονός που προκαλεί τη βαρυτική κατάρρευση και τον σχηματισμό πρωτοαστέρων. Τα πιο ογκώδη και φωτεινά άστρα (τύπου Ο και Β) έχουν σύντομη διάρκεια ζωής και πεθαίνουν πριν προλάβουν να βγουν από τον βραχίονα. Αυτό εξηγεί γιατί οι βραχίονες είναι τόσο εντυπωσιακά φωτεινοί παρόλο που η συνολική μάζα των άστρων εκεί δεν είναι δραματικά μεγαλύτερη από τον υπόλοιπο δίσκο.Η ταχύτητα με την οποία κινείται το κύμα πυκνότητας διαφέρει από την ταχύτητα περιστροφής των μεμονωμένων άστρων. Στον δικό μας Γαλαξία, ο Ήλιος περιφέρεται γύρω από το κέντρο με ταχύτητα περίπου 220 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο, ενώ το κύμα πυκνότητας κινείται πολύ πιο αργά. Αυτό σημαίνει ότι ο Ήλιος εισέρχεται και εξέρχεται από τους σπειροειδείς βραχίονες περίπου κάθε 100 εκατομμύρια χρόνια. Η μελέτη αυτών των δομών συνεχίζεται με σύγχρονα όργανα όπως το τηλεσκόπιο Gaia, το οποίο χαρτογραφεί τις κινήσεις δισεκατομμυρίων άστρων.