由暗物质尾流触发的永恒盖亚蜗牛壳结构

我们利用一种称为Superstars的、在星系形成的宇宙学模拟中模拟恒星形成的新数值技术，模拟了一个具有$\gtrsim10^8$个恒星粒子的类银河系星系，以在全宇宙学环境下研究非平衡恒星盘结构的形成与演化。在由垂直于中面的坐标和速度定义的平面（垂直相空间，$\{Z,V_Z\}$）中，类太阳体积中晚期的恒星展现出清晰的螺旋结构，其形状和幅度在定性上类似于$Gaia$“蜗牛壳”相螺旋。我们表明，该相螺旋形成于约$6$ Gyr回溯时刻，当时一个质量约$10^{10}$ $\rm M_{\odot}$、处于极轨道的卫星星系经历近心点穿越。该卫星星系在暗物质晕中激发出一个共振尾流，同时以每轨道环$\sim0.5$-$1$ dex的速率损失质量。在太阳半径处，尾流诱导的引力力矩峰值大小约为卫星星系的$\sim 8$倍，并触发了盘翘曲的形成，后者随时间缠绕成垂直相螺旋。随着尾流衰减，相螺旋传播数个Gigayear直至现今，并且在稳定的盘演化建立后可被描述为“永恒存在”。这些结果提出了一种解释$Gaia$相螺旋的替代情景，其不依赖于棒弯曲的扰动或卫星星系近期的直接撞击。