As galáxias espirais são sem dúvida uma das estruturas mais bonitas do universo. Sob um modelo, a estrutura espiral é criada por ondas de densidade espiral. Em outro, eles são induzidos por interações de maré. É essa abordagem que é explorada em um novo artigo de Dobbs et al., Aceito para publicação no Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Especificamente, os autores tentaram usar a modelagem de forças de maré para recriar a estrutura dos braços em espiral na grande espiral de design, M51.
Para modelar a interação, eles começaram com um modelo de uma galáxia simples com uma distribuição de massa (quebrada em um disco, protuberância e halo) semelhante à do M51. Sua galáxia inicial estava inicialmente livre de estrutura espiral, mas “instabilidades gravitacionais nas estrelas [Nota: em oposição ao gás galáctico. Não em estrelas individuais.] Produzem uma estrutura em espiral de vários braços ”e irregular (conhecida como espiral floculenta). Essa natureza floculante foi prevista pela primeira vez em um artigo de 1964 por Toomre e foi simulada várias vezes desde então. A equipe de Dobbs apresentou uma fonte pontual para representar a galáxia menor (NGC 5195) ao longo dos parâmetros orbitais derivados de simulações anteriores de Theis e Spinneker em 2003.
Nos primeiros 60 milhões de anos, uma nova estrutura significativa não foi evidenciada. O disco mostrou alguma perturbação devido ao companheiro que se aproximava, mas nenhuma nova estrutura espiral surgiu. No entanto, em 120 milhões de anos desde o início da simulação, as sugestões de um braço espiral no lado da galáxia mais próximo ao companheiro começam a se formar e, em 180 milhões de anos, dois braços espirais pronunciados de "grande design" dominam a face da galáxia. , abrangendo mais de 15.000 anos-luz.
Mas os braços eram bons demais para durar. Em 240 milhões de anos, os braços só se estendem para meros 6.500 anos-luz, pois as forças gravitacionais do companheiro parecem pastorear o gás da galáxia à medida que é puxado em sua órbita. Em 300 milhões de anos, os braços em espiral cresceram novamente e o par parece notavelmente semelhante ao estado atual do sistema M51 / NGC 5195.
Os autores observam várias características que sua simulação tem em comum com a galáxia observada. No lado em que o companheiro se aproximou da galáxia, eles notaram uma “torção” em um braço (rotulado como A na imagem à esquerda). Outra semelhança é a divisão de um dos braços em espiral, embora, novamente, o posicionamento exato seja diferente (rotulado como B).
Outra comparação que os autores fizeram foi com os pontos fortes (ou amplitude) de vários padrões de braço (1 braço, 2 braço, 3 braço, etc.) ao longo do tempo. Eles descobriram que o padrão dos dois armados era o mais predominante, mas, pela mecânica, eles determinaram que havia estruturas armadas superiores subjacentes que nunca se estabeleceram completamente. No entanto, esses padrões armados mais altos vieram Fechar à força da espiral de 2 braços. Os autores observam que isso é consistente com os achados observacionais de outro grupo que estuda M51 em um trabalho que ainda não foi preparado para publicação.
No entanto, também existem algumas diferenças. Uma pluma de gás estendida do M51 simulado que não tem contrapartida nas observações reais (rotuladas C). As observações reais mostram grandes quantidades de gás na frente da galáxia companheira que não estão presentes no mesmo grau na simulação (rotulada D). Por fim, observações reais mostram um achatamento perceptível dos braços de M51 mais próximo do companheiro. Novamente, eles não aparecem na simulação. Os autores sugerem discrepâncias devido à modelagem simplista do NGC 5195 como uma fonte pontual em vez de um corpo estendido, ou pequenas diferenças nos parâmetros iniciais quando comparados ao sistema real.
Mesmo com essas diferenças, os autores sugerem que a modelagem da interação mostra que a estrutura em espiral, pelo menos nesse caso, é provavelmente o resultado da interação das marés no M51 por NGC 5195. Eles também observam que as ondas de densidade espiral são provavelmente não o culpado, já que outros estudos não foram capazes de determinar uma “velocidade padrão” consistente para a galáxia (a velocidade padrão é a velocidade angular na qual os braços girariam se vistos como uma estrutura coerente). Em vez disso, as observações mostraram que os braços deveriam ter diferentes velocidades de padrão em diferentes raios.
Embora o trabalho deles não sugira que todos Como a estrutura espiral é formada por interações de maré com os companheiros, este trabalho faz um forte argumento para a possibilidade em muitas galáxias que teriam tais companheiros e M51 em específico. Além disso, as simulações também revelam que esses braços induzidos por maré são um fenômeno temporário. Como eles não possuem velocidade fixa, eles vai lentamente, e à medida que a interação progride, as galáxias serão mais distorcidas e eventualmente se fundirão.
(Agradecemos a Claire Dobbs pela permissão para reproduzir imagens do papel, além de esclarecimentos em alguns pontos.)
