轴对称银河系势中的三维恒星运动与 e-z 共振

Gaia 第三次数据发布所提供的海量恒星运动学的完整相空间信息，提升了对三维恒星动力学更深入理解的需求。在本文中，我们研究了在银河系势模型的轴对称近似下恒星可能的运动形态。该模型由三个成分组成：轴对称盘、中心球状核球与球状暗物质晕。轴对称盘划分为恒星盘与气体盘两个子成分，每个子成分由三个 Miyamoto-Nagai 轮廓建模。银河系各成分的物理与结构参数由观测运动学约束进行调节。该二自由度模型的相空间通过庞加莱映射与动力学映射、动力学谱方法以及哈密顿运动方程的直接数值积分加以研究。对于所选物理参数，近圆且低银纬的恒星行为由径向与垂直两个弱耦合的简单振荡构成。这些轨道的垂直振荡振幅随银心距增大而逐渐增大，与所假设的指数质量衰减一致。然而，随着平面偏心率与赤道盘上方高度的增加，由于径向与垂直振荡频率之间的拍频作用，涌现出新的恒星运动形态，我们称之为 e-z 共振。相应的共振运动产生垂直振荡振幅的突变、动力学谱中的分岔以及相空间中稳定运动的岛链。所得结果有助于理解与解释太阳附近恒星三维分布中观测到的特征。