On the nature of spiral arms in the interacting galaxy M51

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

In this study, we investigated the radial variation of the azimuthal propagation of star formation across the spiral arms in the nearby galaxy NGC 5194 (M51a) by analysing the spatial separation between young star clusters and their nearest H II regions. It was found the significant differences in the radial profiles of the mean azimuthal offsets in the M51a arms when the southern and northern arms were studied separately. The northern arm analysis showed that its radial profile was consistent with the predictions of stationary density wave theory for trailing spirals, while the explanation of the radial profile for the southern arm required its pattern speed to be higher than the rotation velocity of disc matter within the corotation circle, and lower than that outside of it. At the same time, these different radial profiles of the mean azimuthal offset in the two arms are joined by a common localization of corotation resonances, confirmed by independent studies using different methods.

About the authors

F. Kh. Sakhibov

University of Applied Sciences, Technische Hochschule Mittelhessen

Email: fsakhibov@yahoo.com
D-61169 Friedberg, Germany

V. S. Kostiuk

Lomonosov Moscow State University, Sternberg Astronomical Institute

Email: fsakhibov@yahoo.com

A. S. Gusev

Lomonosov Moscow State University, Sternberg Astronomical Institute

Email: fsakhibov@yahoo.com

E. V. Shimanovskaya

Lomonosov Moscow State University, Sternberg Astronomical Institute

Author for correspondence.
Email: fsakhibov@yahoo.com

References

  1. B. Lindblad, Stockholms Observ. Annaler 5, 5 (1963).
  2. C.C. Lin and F.H. Shu, Astrophys. J. 140, 646 (1964).
  3. G. Bertin, C.C. Lin, S.A. Lowe, and R.P. Thurstans, Astrophys. J. 338, 78 (1989).
  4. G. Bertin, C.C. Lin, S.A. Lowe, and R.P. Thurstans, Astrophys. J. 338, 104 (1989).
  5. R.B. Tully, Astrophys. J. Suppl. 27, 449 (1974).
  6. A. Toomre, in The Formation and Dynamics of Galaxies, edited by J.R. Shakeshaft, IAU Symp. 58, 347 (1974).
  7. D.M. Elmegreen, B.G. Elmegreen, A. Yau, E. Athanassoula, et al., Astrophys. J. 737(1), id. 32 (2011), arXiv:1106.4840 [astro-ph.GA].
  8. B.G. Elmegreen, D.M. Elmegreen, and P.E. Seiden, Astrophys. J. 343, 602 (1989).
  9. P. Zimmer, R.J. Rand, and J.T. McGraw, Astrophys. J. 607(1), 285 (2004), arXiv:astro-ph/0404365.
  10. S.E. Meidt, R.J. Rand, M.R. Merrifield, R. Shetty, and S.N. Vogel, Astrophys. J. 688(1), 224 (2008), arXiv:0807.1902 [astro-ph].
  11. S. Howard and G.G. Byrd, in NASA Conference Publication, edited by J.W. Sulentic, W.C. Keel, and C.M. Telesco, NASA Conf. Publ. 3098, 577 (1990).
  12. H. Salo and E. Laurikainen, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 319(2), 393 (2000).
  13. Y. Miyamoto, N. Nakai, and N. Kuno, Publ. Astron. Soc. Japan 66(2), id. 36 (2014), arXiv:1311.5218 [astro-ph.GA].
  14. D. Colombo, Ph.D. thesis, Ruprecht-Karls University of Heidelberg, Germany (2013).
  15. M.E. Dixon, Astrophys. J. 164, 411 (1971).
  16. M.A. Smirnov and F.K. Sakhibov, Akademiia Nauk Tadzhikskoi SSR Doklady 24(12), 725 (1981).
  17. Y.N. Efremov, Soviet Astron. Letters 11, 69 (1985).
  18. L.N. Berdnikov, Soviet Astron. Letters 13, 45 (1987).
  19. J.E. Beckman and J. Cepa, Astron. and Astrophys. 229, 37 (1990).
  20. I. Puerari and H. Dottori, Astrophys. J. 476(2), L73 (1997), arXiv:astro-ph/9611150.
  21. D.M. Gittins and C.J. Clarke, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 349(3), 909 (2004), arXiv:astro-ph/0312562.
  22. F. Egusa, Y. Sofue, and H. Nakanishi, Publ. Astron. Soc. Japan 56, L45 (2004), arXiv:astro-ph/0410469.
  23. X. Zhang and R.J. Buta, Astron. J. 133(6), 2584 (2007), arXiv:astro-ph/0610728.
  24. D. Tamburro, H.W. Rix, F. Walter, E. Brinks, W. J. G. de Blok, R.C. Kennicutt, and M.M. Mac Low, Astron. J. 136(6), 2872 (2008), arXiv:0810.2391 [astro-ph].
  25. R.J. Buta and X. Zhang, Astrophys. J. Suppl. 182(2), 559 (2009), arXiv:0903.4695 [astro-ph.CO].
  26. F. Egusa, K. Kohno, Y. Sofue, H. Nakanishi, and S. Komugi, Astrophys. J. 697(2), 1870 (2009), arXiv:0904.3121 [astro-ph.CO].
  27. E.E. Martnez-Garca, R.A. González-Lópezlira, and G. Bruzual-A, Astrophys. J. 694(1), 512 (2009), arXiv:0812.3647 [astro-ph].
  28. H. Pour-Imani, D. Kennefick, J. Kennefick, B.L. Davis, D.W. Shields, and M. Shameer Abdeen, Astrophys. J. Letters 827(1), L2 (2016), arXiv:1608.00969 [astro-ph.GA].
  29. F. Egusa, E. Mentuch Cooper, J. Koda, and J. Baba, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 465(1), 460 (2017), arXiv:1610.06642 [astro-ph.GA].
  30. F. Shabani, E.K. Grebel, A. Pasquali, E. D’Onghia, et al., Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 478(3), 3590 (2018), arXiv:1805.05643 [astro-ph.GA].
  31. R. Miller, D. Kennefick, J. Kennefick, M. Shameer Abdeen, E. Monson, R.T. Eufrasio, D.W. Shields, and B.L. Davis, Astrophys. J. 874(2), id. 177 (2019), arXiv:1907.09390 [astro-ph.GA].
  32. T.G. Peterken, M.R. Merrifield, A. Aragón-Salamanca, N. Drory, C.M. Krawczyk, K.L. Masters, A.-M. Weijmans, and K.B. Westfall, Nature Astron. 3, 178 (2019), arXiv:1809.08048 [astro-ph.GA].
  33. F. Sakhibov, A.S. Gusev, and C. Hemmerich, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 508(1), 912 (2021), arXiv:2109.02719 [astro-ph.GA].
  34. S. Abdeen, D. Kennefick, J. Kennefick, R. Miller, D.W. Shields, E.B. Monson, and B.L. Davis, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 496(2), 1610 (2020), arXiv:2002.02307 [astro-ph.GA].
  35. S. Abdeen, B.L. Davis, R. Eufrasio, D. Kennefick, et al., Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 512(1), 366 (2022), arXiv:2010.14540 [astro-ph.GA].
  36. E.E. Martnez-Garca, R.A. González-Lópezlira, and I. Puerari, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 524(1), 18 (2023), arXiv:2306.08037 [astro-ph.GA].
  37. M. Fujimoto, Astrophys. J. 152, 391 (1968).
  38. W.W. Roberts, Astrophys. J. 158, 123 (1969).
  39. S.B. Pikel’ner, Soviet Astron. 14, 602 (1971).
  40. J. Font, J.E. Beckman, B. Epinat, K. Fathi, L. Gutiérrez, and O. Hernandez, Astrophys. J. Letter 741(1), id. L14 (2011), arXiv:1109.5574 [astro-ph.GA].
  41. J. Font, J.E. Beckman, M. Querejeta, B. Epinat, P.A. James, J. Blasco-Herrera, S. Erroz-Ferrer, and I. Pérez, Astrophys. J. Suppl. 210(1), id. 2 (2014), arXiv:1310.3415 [astro-ph.GA].
  42. F.K. Sakhibov and M.A. Smirnov, Soviet Astron. 31, 132 (1987).
  43. A.A. Marchuk, Astron. and Astrophys. 686, id. L14 (2024), arXiv:2405.14483 [astro-ph.GA].
  44. M. Louie, J. Koda, and F. Egusa, Astrophys. J. 763(2), id. 94 (2013), arXiv:1301.2601 [astro-ph.CO].
  45. R.A. Scheepmaker, H. J. G. L.M. Lamers, P. Anders, and S.S. Larsen, Astron. and Astrophys. 494(1), 81 (2009), arXiv:0812.1417 [astro-ph].
  46. J.L. Pineda, J. Stutzki, C. Buchbender, J. Koda, et al., Astrophys. J. 900(2), id. 132 (2020), arXiv:2008.01745 [astro-ph.GA].
  47. K. Foyle, H.W. Rix, C.L. Dobbs, A.K. Leroy, and F. Walter, Astrophys. J. 735(2), id. 101 (2011), arXiv:1105.5141 [astro-ph.CO].
  48. S. Kendall, R.C. Kennicutt, and C. Clarke, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 414(1), 538 (2011), arXiv:1101.5764 [astro-ph.GA].
  49. S. Kendall, C. Clarke, and R.C. Kennicutt, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 446(4), 4155 (2015), arXiv:1411.5792 [astro-ph.GA].
  50. A.A. Marchuk, I.V. Chugunov, G.A. Gontcharov, A.V. Mosenkov, et al., Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 528(2), 1276 (2024), arXiv:2402.08531 [astro-ph.GA].
  51. A.R. Pettitt, E.J. Tasker, J.W. Wadsley, B.W. Keller, and S.M. Benincasa, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 468(4), 4189 (2017), arXiv:1704.04127 [astro-ph.GA].
  52. C.L. Dobbs, C. Theis, J.E. Pringle, and M.R. Bate, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 403(2), 625 (2010), arXiv:0912.1201 [astro-ph.GA].
  53. J.P. Vallée, New Astronomy 76, id. 101337 (2020), arXiv:1911.06798 [astro-ph.GA].
  54. V.S. Kostiuk, A.A. Marchuk, and A.S. Gusev, Res. Astron. and Astrophys. 24(7), id. 075007 (2024), arXiv:2405.10673 [astro-ph.GA].
  55. A.S. Gusev and E.V. Shimanovskaya, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 488(3), 3045 (2019), arXiv:1907.02934 [astro-ph.GA].
  56. A.A. Marchuk, A.V. Mosenkov, I.V. Chugunov, V.S. Kostiuk, M.N. Skryabina, and V.P. Reshetnikov, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 527(1), L66 (2024), arXiv:2309.16232 [astro-ph.GA].
  57. B.G. Elmegreen and C.J. Lada, Astrophys. J. 214, 725 (1977).
  58. M.W. Mueller and W.D. Arnett, Astrophys. J. 210, 670 (1976).
  59. P.E. Seiden and H. Gerola, Fundam. Cosmic Phys. 7, 241 (1982).
  60. B.G. Elmegreen, in EAS Publications Series, edited by C. Charbonnel and T. Montmerle, EAS Publ. Ser. 51, 45 (2011), arXiv:1101.3112 [astro-ph.GA].
  61. S. Oikawa and Y. Sofue, Publ. Astron. Soc. Japan 66(4), id. 77 (2014), arXiv:1406.7625 [astro-ph.GA].
  62. R.C. Kennicutt, Jr., L. Armus, G. Bendo, D. Calzetti, et al., Publ. Astron. Soc. Pacific 115(810), 928 (2003), arXiv:astroph/0305437.
  63. A.S. Gusev, E.V. Shimanovskaya, N.I. Shatsky, F. Sakhibov, A.E. Piskunov, and N.V. Kharchenko, Open Astronomy 27(1), 98 (2018).
  64. L. Gutiérrez, J.E. Beckman, and V. Buenrostro, Astron. J. 141(4), id. 113 (2011), arXiv:1101.2614 [astro-ph.CO].
  65. Z.N. Honig and M.J. Reid, Astrophys. J. 800(1), id. 53 (2015), arXiv:1412.1012 [astro-ph.GA].
  66. S. Savchenko, A. Marchuk, A. Mosenkov, and K. Grishunin, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 493(1), 390 (2020), arXiv:2001.09110 [astro-ph.GA].
  67. M. Querejeta, S.E. Meidt, E. Schinnerer, S. Garca-Burillo, et al., Astron. and Astrophys. 588, id. A33 (2016), arXiv:1510.03440 [astro-ph.GA].
  68. D. Colombo, S.E. Meidt, E. Schinnerer, S. Garca-Burillo, et al., Astrophys. J. 784(1), id. 4 (2014), arXiv:1401.3759 [astro-ph.GA].
  69. X. Zhang and R.J. Buta, arXiv:1203.5334 [astro-ph.GA] (2012).
  70. J. Font, J.E. Beckman, B. Epinat, C.L. Dobbs, and M. Querejeta, Astrophys. J. 966(1), id. 110 (2024).
  71. S.N. Vogel, R.J. Rand, R.A. Gruendl, and P.J. Teuben, Publ. Astron. Soc. Pacific 105, 666 (1993).
  72. D.W. Shields, B. Boe, C.L. Henderson, M. Hartley, B.L. Davis, H. Pour Imani, D. Kennefick, and J.D. Kennefick, AAS Meeting Abstracts 225, id. 250.09 (2015).
  73. R. Shetty, S.N. Vogel, E.C. Ostriker, and P.J. Teuben, Astrophys. J. 665(2), 1138 (2007), arXiv:0705.3240 [astro-ph].
  74. B.G. Elmegreen, D.M. Elmegreen, and L. Montenegro, Astrophys. J. Suppl. 79, 37 (1992).
  75. H.-W. Rix and M.J. Rieke, Astrophys. J. 418, 123 (1993).
  76. C. Theis and C. Spinneker, Astrophys. Space Sci. 284(2), 495 (2003), arXiv:astro-ph/0306502.
  77. J. Braine, A. Hughes, E. Rosolowsky, P. Gratier, D. Colombo, S. Meidt, and E. Schinnerer, Astron. and Astrophys. 633, id. A17 (2020), arXiv:1911.08977 [astro-ph.GA].
  78. S. Comerón, J.H. Knapen, J.E. Beckman, E. Laurikainen, H. Salo, I. Martnez-Valpuesta, and R.J. Buta, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 402(4), 2462 (2010), arXiv:0908.0272 [astro-ph.CO].
  79. S. Comerón, H. Salo, E. Laurikainen, J.H. Knapen, et al., Astron. and Astrophys. 562, id. A121 (2014), arXiv:1312.0866 [astro-ph.GA].
  80. J.F. Sygnet, M. Tagger, E. Athanassoula, and R. Pellat, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 232, 733 (1988).
  81. J. Baba, T.R. Saitoh, and K. Wada, Astrophys. J. 763(1), id. 46 (2013), arXiv:1211.5401 [astro-ph.GA].
  82. P. Rautiainen and H. Salo, Astron. and Astrophys. 348, 737 (1999).
  83. R. Roškar, V.P. Debattista, T.R. Quinn, and J. Wadsley, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 426(3), 2089 (2012), arXiv:1110.4413 [astro-ph.GA].
  84. I. Minchev, B. Famaey, A.C. Quillen, and W. Dehnen, European Phys. J. Web Conf. 19, id. 07002 (2012), arXiv:1111.0195 [astro-ph.GA].

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».