Οι σπειροειδείς γαλαξίες είναι αναμφίβολα μια από τις ομορφότερες δομές του σύμπαντος. Σύμφωνα με ένα μοντέλο, η σπειροειδής δομή δημιουργείται από κύματα σπειροειδούς πυκνότητας. Σε ένα άλλο, προκαλούνται από παλιρροιακές αλληλεπιδράσεις. Είναι αυτή η προσέγγιση που διερευνάται σε ένα νέο έγγραφο από τους Dobbs et al., Αποδεκτή για δημοσίευση στις Μηνιαίες Ειδοποιήσεις της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας. Συγκεκριμένα, οι συγγραφείς προσπάθησαν να χρησιμοποιήσουν τη μοντελοποίηση των παλιρροιακών δυνάμεων για να αναδημιουργήσουν τη δομή των σπειροειδών βραχιόνων στη μεγάλη σχεδίαση σπείρα, M51.
Για να μοντελοποιήσουν την αλληλεπίδραση, ξεκίνησαν με ένα μοντέλο ενός απλού γαλαξία με μια μαζική κατανομή (σπασμένη σε δίσκο, διόγκωση και φωτοστέφανο) παρόμοια με αυτήν του M51. Ο αρχικός γαλαξίας τους ήταν αρχικά απαλλαγμένος από σπειροειδή δομή, αλλά «αστάθεια βαρύτητας στα αστέρια [Σημείωση: σε αντίθεση με το γαλαξιακό αέριο. Όχι σε μεμονωμένα αστέρια.] Παράγουν μια πολυ-οπλισμένη »και ανοξείδωτη σπειροειδή δομή (γνωστή ως κροκιδωτή σπείρα). Αυτός ο κροταφικός χαρακτήρας είχε προβλεφθεί για πρώτη φορά σε ένα έγγραφο του 1964 από τον Toomre και έχει προσομοιωθεί πολλές φορές από τότε. Η ομάδα του Dobbs εισήγαγε στη συνέχεια μια σημειακή πηγή για να αντιπροσωπεύσει τον μικρότερο γαλαξία (NGC 5195) κατά μήκος των τροχιακών παραμέτρων που προέκυψαν από προηγούμενες προσομοιώσεις των Theis και Spinneker το 2003.
Για τα πρώτα 60 εκατομμύρια χρόνια, σημαντική νέα δομή δεν ήταν απόδειξη. Ο δίσκος έδειξε κάποια διαταραχή λόγω του πλησιάζοντος συντρόφου, αλλά δεν προέκυψε νέα σπειροειδής δομή. Ωστόσο, από 120 εκατομμύρια χρόνια από την έναρξη της προσομοίωσης, αρχίζουν να σχηματίζονται υποδείξεις ενός σπειροειδούς βραχίονα στην πλευρά του γαλαξία που βρίσκεται πλησιέστερα στον σύντροφο και κατά 180 εκατομμύρια χρόνια, δύο έντονοι σπειροειδείς βραχίονες «μεγάλης σχεδίασης» κυριαρχούν στο πρόσωπο του γαλαξία , που εκτείνεται σε πάνω από 15.000 έτη φωτός.
Αλλά τα χέρια ήταν πολύ καλά για να αντέξουν. Μέχρι 240 εκατομμύρια χρόνια, τα όπλα εκτείνονται σε μόλις 6.500 έτη φωτός καθώς οι βαρυτικές δυνάμεις από τον σύντροφο φαίνεται να βοσκοποιούν το αέριο του γαλαξία καθώς τραβιέται γύρω από την τροχιά του. Μέχρι 300 εκατομμύρια χρόνια, οι σπειροειδείς βραχίονες έχουν αναπτυχθεί ξανά και το ζευγάρι μοιάζει εξαιρετικά με την παρούσα κατάσταση του συστήματος M51 / NGC 5195.
Οι συγγραφείς σημειώνουν πολλά χαρακτηριστικά που έχει η προσομοίωσή τους με τον παρατηρούμενο γαλαξία. Στην πλευρά όπου ο σύντροφος πλησίασε για πρώτη φορά τον γαλαξία, σημειώνουν ένα «στρίψιμο» στο ένα χέρι (με την ένδειξη Α στην εικόνα προς τα αριστερά). Μια άλλη ομοιότητα είναι η διάσπαση ενός από τους σπειροειδείς βραχίονες αν και, πάλι, η ακριβής τοποθέτηση είναι διαφορετική (με την ένδειξη Β).
Μια άλλη σύγκριση που έκαναν οι συγγραφείς ήταν με τα πλεονεκτήματα (ή πλάτος) διαφόρων σχεδίων βραχιόνων (1 βραχίονας, 2 βραχίονας, 3 βραχίονας, κ.λπ…) με την πάροδο του χρόνου. Διαπίστωσαν ότι τα δύο ένοπλα μοτίβα ήταν το πιο κυρίαρχο, αλλά από τους μηχανικούς, διαπίστωσαν ότι υπήρχαν υποκείμενες υψηλότερες ένοπλες δομές που ποτέ δεν κατέλαβαν πλήρως. Ωστόσο, αυτά τα υψηλότερα οπλισμένα μοτίβα ήρθαν Κλείσε στη δύναμη της σπείρας των δύο βραχιόνων. Οι συγγραφείς σημειώνουν ότι αυτό συμβαδίζει με τα ευρήματα παρατήρησης μιας άλλης ομάδας που μελετά το M51 σε ένα έργο που δεν έχει ακόμη προετοιμαστεί για δημοσίευση.
Ωστόσο, υπάρχουν επίσης κάποιες διαφορές. Ένα λοφίο αερίου που εκτείνεται από το προσομοιωμένο M51 το οποίο δεν έχει αντίστοιχο στις πραγματικές παρατηρήσεις (με την ένδειξη C). Οι πραγματικές παρατηρήσεις δείχνουν μεγάλες ποσότητες αερίου μπροστά από τον γαλαξία που δεν υπάρχουν στον ίδιο βαθμό στην προσομοίωση (με την ένδειξη D). Τέλος, οι πραγματικές παρατηρήσεις δείχνουν μια αισθητή ισοπέδωση των χεριών του M51 πιο κοντά στον σύντροφο. Και πάλι, αυτά δεν εμφανίζονται στην προσομοίωση. Οι συγγραφείς προτείνουν ότι οι αποκλίσεις μπορεί να οφείλονται στην υπερβολικά απλοποιημένη μοντελοποίηση του NGC 5195 ως σημειακή πηγή αντί για εκτεταμένο σώμα ή μικρές διαφορές στις αρχικές παραμέτρους σε σύγκριση με το πραγματικό σύστημα.
Ακόμη και με αυτές τις διαφορές, οι συγγραφείς προτείνουν ότι η μοντελοποίηση της αλληλεπίδρασης δείχνει ότι η σπειροειδής δομή, τουλάχιστον σε αυτήν την περίπτωση, είναι πιθανότατα το αποτέλεσμα της παλιρροιακής αλληλεπίδρασης στο M51 από το NGC 5195. Σημειώνουν επίσης ότι τα κύματα σπειροειδούς πυκνότητας είναι πιθανά δεν ο ένοχος, δεδομένου ότι άλλες μελέτες δεν μπόρεσαν να προσδιορίσουν μια σταθερή «ταχύτητα μοτίβου» για τον γαλαξία (η ταχύτητα του μοτίβου είναι η γωνιακή ταχύτητα με την οποία οι βραχίονες θα περιστρέφονταν εάν θεωρούνταν μια συνεκτική δομή). Αντ 'αυτού, οι παρατηρήσεις έδειξαν ότι οι βραχίονες πρέπει να έχουν διαφορετικές ταχύτητες μοτίβου σε διαφορετικές ακτίνες.
Αν και η δουλειά τους δεν το προτείνει αυτό όλα Η σπειροειδής δομή σχηματίζεται από παλιρροιακές αλληλεπιδράσεις με συντρόφους, αυτό το έργο δημιουργεί μια ισχυρή υπόθεση για την πιθανότητα σε πολλούς γαλαξίες που θα είχαν τέτοιου είδους συντρόφους και M51 συγκεκριμένα. Επιπλέον, οι προσομοιώσεις αποκαλύπτουν επίσης ότι αυτοί οι παλιρροιακοί επαγόμενοι βραχίονες είναι ένα προσωρινό φαινόμενο. Δεδομένου ότι δεν έχουν σταθερή ταχύτητα, αυτοί θα σιγά-σιγά τελειώνει και καθώς η αλληλεπίδραση εξελίσσεται, οι γαλαξίες θα παραμορφωθούν περαιτέρω και τελικά θα συγχωνευτούν.
(Χάρη στην Claire Dobbs για την άδεια αναπαραγωγής εικόνων από το χαρτί, καθώς και διευκρινίσεις σε μερικά σημεία.)
