Spiralgalakser er utvilsomt en av de vakreste strukturene i universet. Under en modell er spiralstruktur skapt av spiraltetthetsbølger. I en annen blir de indusert av tidevannsinteraksjoner. Det er denne tilnærmingen som blir utforsket i en ny artikkel av Dobbs et al., Akseptert for publisering i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Spesifikt forsøkte forfatterne å bruke modellering av tidevannskrefter for å gjenskape strukturen til spiralarmene på den storslagne designspiralen, M51.
For å modellere samspillet begynte de med en modell av en enkel galakse med en massedistribusjon (brutt inn i en plate, bule og glorie) lik den for M51. Deres opprinnelige galakse var opprinnelig fri for spiralstruktur, men “gravitasjonsinstabiliteter i stjernene [Merk: i motsetning til den galaktiske gassen. Ikke i individuelle stjerner.] Produserer en flerarmet ”og ujevn spiralstruktur (kjent som en flokkulerende spiral). Denne flokkulerende naturen ble først spådd i et papir fra Toomre fra 1964 og har blitt simulert flere ganger siden den gang. Dobbs 'team introduserte deretter en punktkilde for å representere den mindre galaksen (NGC 5195) langs orbitale parametere som ble avledet av tidligere simuleringer av Theis og Spinneker i 2003.
De første 60 millioner årene var det ingen bevis på ny struktur. Platen viste en viss forstyrrelse på grunn av den nærmer seg ledsageren, men ingen ny spiralstruktur oppstod. Imidlertid begynner 120 millioner år fra starten av simuleringen å danne seg antydninger til en spiralarm på siden av galaksen nærmest følgesvennen, og etter 180 millioner år dominerer to uttalte ”grand design” spiralarmer ansiktet til galaksen , som strekker seg over 15 000 lysår.
Men armene var for gode til å vare. Etter 240 millioner år strekker armene seg bare til bare 6 500 lysår da gravitasjonskreftene fra ledsageren ser ut til å gjetre galakasens gass når den dras rundt i sin bane. Etter 300 millioner år har spiralarmene vokst igjen, og paret ser bemerkelsesverdig ut som den nåværende tilstanden til M51 / NGC 5195-systemet.
Forfatterne bemerker flere funksjoner deres simulering har til felles med den observerte galaksen. På siden der følgesvennen først nærmet seg galaksen, noterer de seg en "knekk" i den ene armen (merket som A på bildet til venstre). En annen likhet er en splitting av en av spiralarmene, selv om den nøyaktige plasseringen er annerledes (merket B).
En annen sammenligning forfatterne gjorde var styrkene (eller amplituden) til forskjellige armmønstre (1 arm, 2 arm, 3 arm, osv ...) over tid. De fant ut at de to væpnede mønstrene var det mest dominerende, men fra mekanikken bestemte de at det var underliggende høyere væpnede strukturer som aldri helt tok tak. Imidlertid kom disse høyere væpnede mønstrene Lukk til styrken til 2-armsspiralen. Forfatterne bemerker at dette stemmer overens med observasjonsfunnene fra en annen gruppe som studerer M51 i et arbeid som ennå ikke er forberedt for publisering.
Imidlertid er det også noen forskjeller. En gassrør utvidet fra den simulerte M51 som ikke har noe motstykke i faktiske observasjoner (merket C). Faktiske observasjoner viser store mengder gass foran følgesgalaksen som ikke er til stede i samme grad i simuleringen (merket D). Til slutt, virkelige observasjoner viser en merkbar utflating av M51s armer nærmest følgesvennen. Igjen, disse vises ikke i simuleringen. Forfatterne antyder at avvik kan skyldes overforenklet modellering av NGC 5195 som poengkilde i stedet for et utvidet organ, eller små forskjeller i innledende parametere sammenlignet med det faktiske systemet.
Selv med disse forskjellene antyder forfatterne at deres modellering av interaksjonen viser at spiralstruktur, i det minste i dette tilfellet, mest sannsynlig er resultatet av tidevannsinteraksjonen på M51 av NGC 5195. De bemerker også at spiraltetthetsbølger sannsynligvis er ikke den skyldige siden andre studier ikke har vært i stand til å bestemme en jevn "mønsterhastighet" for galaksen (mønsterhastigheten er den vinkelhastighet som armene ville rotere hvis de blir sett på som en sammenhengende struktur). I stedet viste observasjoner at armene skulle ha forskjellige mønsterhastigheter ved forskjellige radier.
Selv om deres arbeid ikke antyder det alle spiralstruktur dannes av tidevannsinteraksjoner med ledsagere, dette arbeidet er en sterk sak for muligheten i mange galakser som vil ha slike følgesvenner og M51 spesifikt. Videre avslører simuleringene også at disse tidvis induserte armene er et midlertidig fenomen. Siden de ikke har en fast hastighet, gjør de vil sakte avvikle og når samspillet skrider frem, vil galaksene bli ytterligere forvrengt og til slutt fusjonere.
(Takk til Claire Dobbs for tillatelse til å reprodusere bilder fra papiret, samt avklaring på noen få punkter.)
