Các thiên hà xoắn ốc chắc chắn là một trong những cấu trúc đẹp nhất trong vũ trụ. Trong một mô hình, cấu trúc xoắn ốc được tạo ra bởi sóng mật độ xoắn ốc. Trong một trường hợp khác, chúng được gây ra bởi các tương tác thủy triều. Chính cách tiếp cận này đã được Dobbs và cộng sự khám phá trong một bài báo mới, được chấp nhận để công bố trong Thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia. Cụ thể, các tác giả đã cố gắng sử dụng mô hình hóa các lực thủy triều để tái tạo cấu trúc của các nhánh xoắn ốc trên vòng xoắn ốc thiết kế lớn, M51.
Để mô hình hóa sự tương tác, họ bắt đầu với một mô hình của một thiên hà đơn giản với sự phân bố khối lượng (được chia thành một đĩa, phình và hào quang) tương tự như đối với M51. Thiên hà ban đầu của chúng ban đầu không có cấu trúc xoắn ốc, nhưng sự bất ổn định về lực hấp dẫn trong các ngôi sao [Lưu ý: trái ngược với khí thiên hà. Không phải trong các ngôi sao riêng lẻ.] Tạo ra một cấu trúc xoắn ốc đa vũ trang và loang lổ (được gọi là xoắn ốc flocculent). Bản chất tự nhiên này được Toomre dự đoán lần đầu tiên trong một bài báo năm 1964 và đã được mô phỏng nhiều lần kể từ đó. Sau đó, nhóm Dobbs, đã giới thiệu một nguồn điểm để thể hiện thiên hà nhỏ hơn (NGC 5195) dọc theo các tham số quỹ đạo xuất phát từ mô phỏng trước đó của Theis và Spinneker năm 2003.
Trong 60 triệu năm đầu tiên, cấu trúc mới đáng kể không phải là bằng chứng. Đĩa cho thấy một số nhiễu loạn do đồng hành tiếp cận, nhưng không có cấu trúc xoắn ốc mới phát sinh. Tuy nhiên, sau 120 triệu năm kể từ khi bắt đầu mô phỏng, gợi ý về một nhánh xoắn ốc ở bên cạnh thiên hà gần nhất với người bạn đồng hành bắt đầu hình thành và sau 180 triệu năm, hai cánh tay xoắn ốc được thiết kế rõ ràng của Chiêu chiếm ưu thế trên khuôn mặt của thiên hà , trải dài trên 15.000 năm ánh sáng.
Nhưng cánh tay đã quá tốt để tồn tại. Đến 240 triệu năm, các cánh tay chỉ kéo dài tới 6.500 năm ánh sáng khi các lực hấp dẫn từ người bạn đồng hành dường như che chở khí thiên hà khi nó được kéo xung quanh quỹ đạo của nó. Đến 300 triệu năm, các nhánh xoắn ốc đã phát triển trở lại và cặp đôi này trông khá giống với trạng thái hiện tại của hệ thống M51 / NGC 5195.
Các tác giả lưu ý một số tính năng mô phỏng của họ có điểm chung với thiên hà quan sát được. Ở phía mà người bạn đồng hành lần đầu tiên tiếp cận thiên hà, họ lưu ý một người kink phạm trong một cánh tay (được dán nhãn là A trong hình bên trái). Một điểm tương đồng khác là sự phân tách của một trong các nhánh xoắn ốc mặc dù, một lần nữa, định vị chính xác lại khác (được dán nhãn B).
Một so sánh khác mà các tác giả đã thực hiện là về sức mạnh (hoặc biên độ) của các kiểu cánh tay khác nhau (1 cánh tay, 2 cánh tay, 3 cánh tay, vv.) Theo thời gian. Họ thấy rằng hai mô hình vũ trang là chiếm ưu thế nhất, nhưng từ cơ học, họ xác định có những cấu trúc vũ trang cao hơn bên dưới mà không bao giờ nắm giữ hoàn toàn. Tuy nhiên, những mô hình vũ trang cao hơn này đã đến đóng đến sức mạnh của xoắn ốc 2 cánh tay. Các tác giả lưu ý rằng điều này phù hợp với những phát hiện quan sát của một nhóm khác đang nghiên cứu M51 trong một tác phẩm vẫn chưa được chuẩn bị để xuất bản.
Tuy nhiên, cũng có một số khác biệt. Một vệt khí được kéo dài từ M51 mô phỏng không có đối tác trong các quan sát thực tế (có nhãn C). Các quan sát thực tế cho thấy một lượng lớn khí ở phía trước thiên hà đồng hành không có cùng mức độ trong mô phỏng (được dán nhãn D). Cuối cùng, các quan sát thực tế cho thấy một sự làm phẳng đáng chú ý của các cánh tay M51 gần nhất với người bạn đồng hành. Một lần nữa, những điều này không xuất hiện trong mô phỏng. Các tác giả cho rằng sự khác biệt có thể là do mô hình quá đơn giản của NGC 5195 như một nguồn điểm thay vì cơ thể mở rộng hoặc sự khác biệt nhỏ về các tham số ban đầu khi so sánh với hệ thống thực tế.
Ngay cả với những khác biệt này, các tác giả cho rằng mô hình tương tác của họ cho thấy cấu trúc xoắn ốc, ít nhất là trong trường hợp này, rất có thể là kết quả của sự tương tác thủy triều trên M51 bởi NGC 5195. Họ cũng lưu ý rằng sóng mật độ xoắn ốc có khả năng không phải thủ phạm do các nghiên cứu khác chưa thể xác định được tốc độ mô hình nhất quán của gia đình thiên hà (tốc độ mẫu là tốc độ góc mà cánh tay sẽ xoay nếu được xem như một cấu trúc mạch lạc). Thay vào đó, các quan sát cho thấy rằng các cánh tay nên có tốc độ mô hình khác nhau ở các bán kính khác nhau.
Mặc dù công việc của họ không cho thấy rằng tất cả cấu trúc xoắn ốc được hình thành bởi sự tương tác của thủy triều với những người bạn đồng hành, công trình này tạo ra một trường hợp mạnh mẽ cho khả năng ở nhiều thiên hà sẽ có những người bạn đồng hành và M51 cụ thể như vậy. Hơn nữa, các mô phỏng cũng tiết lộ rằng những cánh tay được tạo ra này là một hiện tượng tạm thời. Vì chúng không có tốc độ cố định, chúng sẽ từ từ cuộn lại và khi sự tương tác tiến triển, các thiên hà sẽ bị biến dạng hơn nữa và cuối cùng hợp nhất.
(Cảm ơn Claire Dobbs đã cho phép tái tạo hình ảnh từ tờ giấy cũng như làm rõ về một vài điểm.)
