Galaksi spiral tidak diragukan lagi adalah salah satu struktur terindah di alam semesta. Di bawah satu model, struktur lingkaran dibuat oleh gelombang ketumpatan spiral. Dalam yang lain, mereka disebabkan oleh interaksi pasang surut. Pendekatan inilah yang diterokai dalam makalah baru oleh Dobbs et al., Diterima untuk diterbitkan dalam Notis Bulanan Persatuan Astronomi Diraja. Secara khusus, penulis berusaha menggunakan pemodelan gaya pasang surut untuk membuat struktur lengan spiral pada spiral reka bentuk besar, M51.
Untuk memodelkan interaksi, mereka mulai dengan model galaksi sederhana dengan taburan massa (dipecah menjadi cakera, bonjolan, dan lingkaran) yang serupa dengan M51. Galaksi awal mereka pada awalnya bebas dari struktur lingkaran, tetapi “ketidakstabilan graviti pada bintang [Catatan: berbanding dengan gas galaksi. Bukan pada bintang individu.] Menghasilkan struktur spiral multi-bersenjata dan tambal sulam (dikenali sebagai lingkaran berpusing). Sifat flocculent ini pertama kali diramalkan dalam makalah tahun 1964 oleh Toomre dan telah disimulasikan berkali-kali sejak itu. Pasukan Dobbs kemudian memperkenalkan sumber titik untuk mewakili galaksi yang lebih kecil (NGC 5195) di sepanjang parameter orbit yang diperoleh oleh simulasi sebelumnya Theis dan Spinneker pada tahun 2003.
Selama 60 juta tahun pertama, struktur baru yang ketara bukanlah bukti. Cakera menunjukkan gangguan kerana rakan yang mendekat, tetapi tidak ada struktur lingkaran baru. Namun, dengan 120 juta tahun dari awal simulasi, petunjuk lengan spiral di sisi galaksi yang paling dekat dengan pendamping mulai terbentuk dan pada 180 juta tahun, dua lengan spiral "reka bentuk besar" yang jelas mendominasi wajah galaksi , merangkumi lebih dari 15,000 tahun cahaya.
Tetapi lengannya terlalu bagus untuk bertahan. Menjelang 240 juta tahun, lengan hanya menjangkau 6.500 tahun cahaya ketika daya gravitasi dari pendamping itu seolah-olah menggembalakan gas galaksi ketika ia ditarik di orbitnya. Menjelang 300 juta tahun, lengan spiral telah tumbuh semula dan pasangannya kelihatan sangat mirip dengan keadaan sistem M51 / NGC 5195 sekarang.
Penulis mencatat beberapa ciri simulasi mereka dengan galaksi yang diperhatikan. Di sisi tempat pendamping pertama kali menghampiri galaksi, mereka mencatat "keriting" di satu lengan (berlabel sebagai gambar A ke kiri). Kesamaan lain adalah pemisahan salah satu lengan spiral walaupun, sekali lagi, kedudukan tepat berbeza (berlabel B).
Perbandingan lain yang dibuat oleh pengarang adalah dengan kekuatan (atau amplitud) pelbagai corak lengan (1 lengan, 2 lengan, 3 lengan, dll ...) dari masa ke masa. Mereka mendapati bahawa kedua-dua corak bersenjata adalah yang paling dominan, tetapi dari mekanik, mereka menentukan bahawa ada struktur bersenjata yang lebih tinggi yang tidak pernah sepenuhnya dapat digunakan. Bagaimanapun, corak bersenjata yang lebih tinggi ini muncul tutup kepada kekuatan lingkaran 2 lengan. Penulis menyatakan bahawa ini selaras dengan penemuan pemerhatian kumpulan lain yang mempelajari M51 dalam karya yang masih belum disiapkan untuk diterbitkan.
Walau bagaimanapun, terdapat juga beberapa perbezaan. Sebilangan gas yang dikeluarkan dari simulasi M51 yang tidak mempunyai rakan sejawat dalam pemerhatian sebenar (berlabel C). Pemerhatian sebenar menunjukkan sejumlah besar gas di hadapan galaksi pendamping yang tidak hadir pada tahap yang sama dalam simulasi (berlabel D). Terakhir, pemerhatian sebenar menunjukkan pelenturan lengan M51 yang paling dekat dengan rakannya. Sekali lagi, ini tidak muncul dalam simulasi. Penulis mencadangkan perbezaan mungkin disebabkan oleh pemodelan NGC 5195 yang terlalu sederhana sebagai sumber titik dan bukannya badan yang diperluas, atau sedikit perbezaan parameter awal jika dibandingkan dengan sistem yang sebenarnya.
Walaupun dengan perbezaan ini, penulis mencadangkan bahawa pemodelan interaksi mereka menunjukkan bahawa struktur lingkaran, sekurang-kurangnya dalam kes ini, kemungkinan besar adalah hasil interaksi pasang surut pada M51 oleh NGC 5195. Mereka juga menyatakan bahawa gelombang ketumpatan spiral kemungkinan tidak pelakunya kerana kajian lain belum dapat menentukan "kelajuan corak" yang konsisten untuk galaksi (kelajuan corak adalah kelajuan sudut di mana lengan akan berputar jika dilihat sebagai struktur yang koheren). Sebaliknya, pemerhatian menunjukkan bahawa lengan harus mempunyai kelajuan corak yang berbeza pada jari-jari yang berbeza.
Walaupun karya mereka tidak menunjukkan bahawa semua struktur lingkaran dibentuk oleh interaksi pasang surut dengan sahabat, karya ini membuat kemungkinan kuat untuk kemungkinan di banyak galaksi yang mempunyai sahabat dan M51 secara khusus. Selanjutnya, simulasi juga mendedahkan bahawa lengan yang disebabkan oleh pasang surut ini adalah fenomena sementara. Oleh kerana mereka tidak mempunyai kelajuan tetap, mereka akan perlahan-lahan berakhir dan ketika interaksi berlangsung, galaksi akan diputarbelitkan dan akhirnya bergabung.
(Terima kasih kepada Claire Dobbs kerana izin untuk menghasilkan semula gambar dari makalah serta penjelasan mengenai beberapa perkara.)
