Spiralne galaksije nesumnjivo su jedna od najljepših građevina u svemiru. Pod jednim modelom spiralna struktura stvara se valovima spiralne gustoće. U drugom su potaknuti interakcijama s plimama. Upravo je taj pristup istražen u novom radu Dobbs i suradnika, prihvaćenom za objavljivanje u Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Naime, autori su pokušali koristiti modeliranje plimnih sila kako bi rekreirali strukturu spiralnih krakova na grandioznoj spirali dizajna, M51.
Za modeliranje interakcije započeli su s modelom jednostavne galaksije s raspodjelom mase (razbijenom u disk, ispupčenje i halo) sličnu onoj za M51. Njihova početna galaksija u početku je bila bez spiralne strukture, ali "gravitacijske nestabilnosti u zvijezdama [Napomena: za razliku od galaktičkog plina. Ne u pojedinačnim zvijezdama.] Stvaraju više-naoružanu ”i zakrpanu spiralnu strukturu (poznatu kao flokulentna spirala). Ovu je flokulentnu prirodu prvi put predvidio Toomre u radu iz 1964. godine i od tada je simuliran više puta. Dobbsov tim tada je predstavio točkasti izvor da predstavlja manju galaksiju (NGC 5195) duž orbitalnih parametara dobivenih prethodnim simulacijama Theisa i Spinnekera 2003. godine.
Prvih 60 milijuna godina značajna nova struktura nije bila dokaz. Disk je pokazao nešto uznemirenosti zbog pratitelja koji se približio, ali nije se pojavila nova spiralna struktura. Međutim, u 120 milijuna godina od početka simulacije nagovještaji spiralne ruke na strani galaksije koja je najbliža suputniku počinju se formirati, a za 180 milijuna godina dvije izražene spiralne ruke "velikog dizajna" dominiraju licem galaksije , koja se prostire na više od 15 000 svjetlosnih godina.
Ali ruke su bile previše dobre da bi izdržale. Do 240 milijuna godina, oružje se proteže na samo 6.500 svjetlosnih godina, jer gravitacijske sile iz pratilaca čuvaju plin galaksije dok se povlači okolo u svojoj orbiti. U 300 milijuna godina, spiralne ruke su narasle i par izgleda nevjerojatno slično sadašnjem stanju M51 / NGC 5195 sustava.
Autori primjećuju nekoliko značajki koje njihova simulacija ima u usporedbi s promatranom galaksijom. Sa strane na kojoj se pratilac prvi put približio galaksiji, u jednoj je ruci zabilježen „kiks“ (naljepljen kao A na slici lijevo). Još jedna sličnost je cijepanje jedne od spiralnih krakova iako je, opet, točno pozicioniranje drugačije (označeno s B).
Druga usporedba koju su napravili autori bila je snaga (ili amplituda) različitih obrazaca ruku (1 krak, 2 kraka, 3 ruke, itd ...) tijekom vremena. Otkrili su da je najviše naoružana dva oružana obrazaca, ali iz mehanike su utvrdili da postoje temeljne više naoružane strukture koje se nikada nisu u potpunosti uhvatile. Međutim, došli su ti viši oružani obrasci Zatvoriti na snagu spirale 2 kraka. Autori napominju da je to u skladu s opažačkim nalazima druge skupine koja je proučavala M51 u djelu koje tek treba pripremiti za objavljivanje.
Međutim, postoje i neke razlike. Pljusak plina protezao se iz simuliranog M51 koji nema stvarnih usporedbi u stvarnim opažanjima (označen s C). Stvarna promatranja pokazuju velike količine plina ispred pridružene galaksije koji u istoj mjeri nisu prisutni u simulaciji (označeno s D). I na kraju, stvarna zapažanja pokazuju primjetno iskrivljenje M51-ovih ruku najbližih suputniku. Opet se ti podaci ne pojavljuju u simulaciji. Autori predlažu da odstupanja mogu biti posljedica pretjerano pojednostavljenog modeliranja NGC 5195 kao točkovnog izvora umjesto produženog tijela ili malih razlika u početnim parametrima u usporedbi s stvarnim sustavom.
Čak i uz ove razlike, autori sugeriraju da njihovo modeliranje interakcije pokazuje da je spiralna struktura, barem u ovom slučaju, najvjerojatnije rezultat interakcije plima na M51 od strane NGC 5195. Oni također primjećuju da su spiralni valovi gustoće vjerojatni ne krivac jer druge studije nisu uspjele odrediti konzistentnu "brzinu uzorka" za galaksiju (brzina uzorka je kutna brzina kojom bi se ruke rotirale ako bi se gledale kao koherentna struktura). Umjesto toga, promatranja su pokazala da ruke trebaju imati različite brzine uzorka na različitim polumjerima.
Iako njihov rad to ne sugerira svi spiralna struktura formirana je interakcijama s plimama i drugovima, ovo djelo predstavlja jak slučaj za mogućnost u mnogim galaksijama koje bi imale takve pratitelje i specifične za M51. Nadalje, simulacije također otkrivaju da su ove ručno inducirane ruke privremena pojava. Budući da nemaju fiksnu brzinu, oni htjeti polako se navijaju i kako interakcija napreduje, galaksije će se dalje iskriviti i na kraju spojiti.
(Hvala Claire Dobbs na dozvoli za reprodukciju slika s papira, kao i pojašnjenja na nekoliko točaka.)
