Las galaxias espirales son, sin duda, una de las estructuras más bellas del universo. Bajo un modelo, la estructura espiral es creada por ondas de densidad espiral. En otro, son inducidos por interacciones de marea. Es este enfoque el que se explora en un nuevo artículo de Dobbs et al., Aceptado para su publicación en los Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society. Específicamente, los autores intentaron usar el modelado de las fuerzas de marea para recrear la estructura de los brazos espirales en la gran espiral de diseño, M51.
Para modelar la interacción, comenzaron con un modelo de una galaxia simple con una distribución de masa (dividida en un disco, bulto y halo) similar a la de M51. Su galaxia inicial estaba inicialmente libre de estructura espiral, pero "inestabilidades gravitacionales en las estrellas [Nota: a diferencia del gas galáctico. No en estrellas individuales.] Producen una estructura en espiral de brazos múltiples ”(conocida como espiral floculenta). Esta naturaleza floculenta fue predicha por primera vez en un artículo de 1964 por Toomre y ha sido simulada en numerosas ocasiones desde entonces. El equipo de Dobbs introdujo una fuente puntual para representar la galaxia más pequeña (NGC 5195) a lo largo de los parámetros orbitales derivados de simulaciones previas de Theis y Spinneker en 2003.
Durante los primeros 60 millones de años, una nueva estructura significativa no fue evidencia. El disco mostró cierta perturbación debido a la proximidad del compañero, pero no surgió una nueva estructura en espiral. Sin embargo, a los 120 millones de años desde el comienzo de la simulación, comienzan a formarse indicios de un brazo en espiral en el lado de la galaxia más cercano al compañero y en 180 millones de años, dos pronunciados brazos en espiral de "gran diseño" dominan la cara de la galaxia. , que abarca más de 15,000 años luz.
Pero los brazos eran demasiado buenos para durar. En 240 millones de años, los brazos solo se extienden a solo 6.500 años luz, ya que las fuerzas gravitacionales del compañero parecen pastorear el gas de la galaxia cuando se mueve en su órbita. Por 300 millones de años, los brazos espirales han vuelto a crecer y el par se ve notablemente similar al estado actual del sistema M51 / NGC 5195.
Los autores señalan varias características que su simulación tiene en común con la galaxia observada. En el lado donde el compañero se acercó por primera vez a la galaxia, notaron un "pliegue" en un brazo (etiquetado como A en la imagen a la izquierda). Otra similitud es la división de uno de los brazos espirales, aunque, una vez más, la posición exacta es diferente (etiquetada B).
Otra comparación que hicieron los autores fue con las fortalezas (o amplitud) de varios patrones de brazo (1 brazo, 2 brazos, 3 brazos, etc.) a lo largo del tiempo. Descubrieron que el patrón de dos brazos era el más predominante, pero a partir de la mecánica, determinaron que había estructuras armadas superiores subyacentes que nunca se afianzaron por completo. Sin embargo, estos patrones armados superiores sí llegaron cerca a la fuerza de la espiral de 2 brazos. Los autores señalan que esto es consistente con los hallazgos observacionales de otro grupo que estudia M51 en un trabajo que aún no se ha preparado para su publicación.
Sin embargo, también hay algunas diferencias. Una columna de gas se extendió desde el M51 simulado que no tiene contrapartida en las observaciones reales (etiquetada C). Las observaciones reales muestran grandes cantidades de gas frente a la galaxia compañera que no están presentes en el mismo grado en la simulación (etiquetada D). Por último, las observaciones reales muestran un notable aplanamiento de los brazos de M51 más cercanos al compañero. Nuevamente, estos no aparecen en la simulación. Los autores sugieren que las discrepancias pueden deberse al modelado excesivamente simplista de NGC 5195 como fuente puntual en lugar de un cuerpo extendido, o a ligeras diferencias en los parámetros iniciales en comparación con el sistema real.
Incluso con estas diferencias, los autores sugieren que su modelado de la interacción muestra que la estructura en espiral, al menos en este caso, es probablemente el resultado de la interacción de las mareas en M51 por NGC 5195. También señalan que es probable que las ondas de densidad en espiral no el culpable ya que otros estudios no han podido determinar una "velocidad de patrón" consistente para la galaxia (la velocidad de patrón es la velocidad angular a la que rotarían los brazos si se vieran como una estructura coherente). En cambio, las observaciones mostraron que los brazos deberían tener diferentes velocidades de patrón a diferentes radios.
Aunque su trabajo no sugiere que todas La estructura en espiral está formada por interacciones de marea con compañeros, este trabajo es un fuerte argumento para la posibilidad en muchas galaxias que tendrían tales compañeros y M51 en específico. Además, las simulaciones también revelan que estos brazos inducidos por mareas son un fenómeno temporal. Como no tienen una velocidad fija, será termina lentamente y a medida que avanza la interacción, las galaxias se distorsionarán aún más y finalmente se fusionarán.
(Gracias a Claire Dobbs por el permiso para reproducir imágenes del documento, así como por aclaraciones sobre algunos puntos).
