Spiralgalaxer är utan tvekan en av de vackraste strukturerna i universum. Under en modell skapas spiralstrukturen av spiraltäthetsvågor. I en annan induceras de av tidvatteninteraktioner. Det är detta tillvägagångssätt som utforskas i en ny artikel av Dobbs et al., Accepterad för publicering i de månatliga meddelandena från Royal Astronomical Society. Specifikt försökte författarna att använda modellering av tidvattenkrafter för att återskapa strukturen för spiralarmarna på den storslagna designspiralen, M51.
För att modellera interaktionen började de med en modell av en enkel galax med en massfördelning (uppdelad i en skiva, utbuktning och gloria) liknande den för M51. Deras ursprungliga galax var ursprungligen fri från spiralstruktur, men "gravitationella instabiliteter i stjärnorna [Obs: i motsats till den galaktiska gasen. Inte i enskilda stjärnor.] Producerar en multiväpnad ”och fläckig spiralstruktur (känd som en flockande spiral). Denna flockulenta natur förutsades först i ett papper från Toomre från 1964 och har simulerats flera gånger sedan dess. Dobbs team introducerade sedan en punktkälla för att representera den mindre galaxen (NGC 5195) längs de orbitalparametrar som härrörde från tidigare simuleringar av Theis och Spinneker 2003.
Under de första 60 miljoner åren var ingen ny struktur betydande. Skivan visade en viss störning på grund av den närmaste följeslagaren, men ingen ny spiralstruktur uppstod. Med 120 miljoner år från simuleringens början börjar emellertid antydningar av en spiralarm på sidan av galaxen närmast följeslagaren och efter 180 miljoner år dominerar två uttalade ”storslagna design” spiralarmar galaxens ansikte , som sträcker sig över 15 000 ljusår.
Men armarna var för bra för att hålla kvar. Efter 240 miljoner år sträcker sig armarna bara till bara 6 500 ljusår då gravitationskrafterna från följeslagaren verkar hyrda galaxens gas när den dras runt i sin bana. Efter 300 miljoner år har spiralarmarna vuxit igen och paret ser anmärkningsvärt lika ut som M51 / NGC 5195-systemet.
Författarna noterar flera funktioner som deras simulering har gemensamt med den observerade galaxen. På sidan där följeslagaren först närmade sig galaxen noterar de en "kink" i ena armen (märkt som A i bilden till vänster). En annan likhet är en delning av en av spiralarmarna även om den exakta positioneringen är annorlunda (märkt B).
En annan jämförelse författarna gjorde var styrkorna (eller amplituden) hos olika armmönster (1 arm, 2 arm, 3 arm osv ...) över tid. De fann att de två väpnade mönstret var det mest dominerande, men från mekaniken bestämde de att det fanns underliggande högre beväpnade strukturer som aldrig helt grep. Men dessa högre beväpnade mönster kom stänga till styrkan hos 2-armspiralen. Författarna noterar att detta överensstämmer med observationsresultaten från en annan grupp som studerar M51 i ett arbete som ännu inte är förberett för publicering.
Men det finns också vissa skillnader. En gasflaska som sträcker sig från den simulerade M51 som inte har någon motsvarighet i faktiska observationer (märkt C). Faktiska observationer visar stora mängder gas framför den följeslagande galaxen som inte finns i samma grad i simuleringen (märkt D). Slutligen visar verkliga observationer en märkbar utjämning av M51: s armar närmast följeslagaren. Återigen visas dessa inte i simuleringen. Författarna föreslår att skillnader kan bero på den förenklade modelleringen av NGC 5195 som en punktkälla istället för en utökad kropp, eller små skillnader i initiala parametrar jämfört med det faktiska systemet.
Även med dessa skillnader föreslår författarna att deras modellering av interaktionen visar att spiralstrukturen, åtminstone i detta fall, troligen är resultatet av tidvatteninteraktionen på M51 av NGC 5195. De noterar också att spiraltäthetsvågor är troliga inte den skyldige eftersom andra studier inte har kunnat bestämma en konsekvent "mönsterhastighet" för galaxen (mönsterhastigheten är den vinkelhastighet som armarna skulle rotera om de betraktas som en sammanhängande struktur). Istället visade observationer att armarna skulle ha olika mönsterhastigheter vid olika radier.
Även om deras arbete inte antyder det Allt spiralstruktur bildas av tidvatteninteraktioner med följeslagare, detta arbete utgör ett starkt fall för möjligheten i många galaxer som skulle ha sådana följeslagare och M51 specifikt. Vidare avslöjar simuleringarna att dessa tidligt inducerade armar är ett tillfälligt fenomen. Eftersom de inte har en fast hastighet, de kommer långsamt avvecklas och när interaktionen fortskrider kommer galaxerna att förvrängas ytterligare och så småningom smälta samman.
(Tack till Claire Dobbs för tillåtelse att reproducera bilder från papperet samt förklaring på några få punkter.)
