螺旋星系中分支、枝干与羽毛的形成

我们利用流体动力学模拟研究了几何薄的、自重的、奇异等温气体盘对刚性旋转螺旋势的响应。通过最小化边界反射引起的反馈，并限制关注 swing参数X ~ 10的模型，我们即使在Toomre Q_g ~ 1-2的气体盘中，也最小化了全局正常模式的摆荡放大。我们进行了两类模拟：一种是针对背景螺旋强迫较大的短期模拟（仅几次星系旋转），另一种是针对背景螺旋强迫明显较小的长期模拟（多次星系旋转）。在这两类模拟中，气体盘的初始响应都平滑且类似于驱动的螺旋场。在后期，许多模型呈现出类似于实际螺旋星系中观察到的分支、枝干和羽毛的亚结构。我们讨论了分别由超谐波共振、来自非线性掏空的反射、以及螺旋臂内的局部暂态引力不稳定性在产生此类特征方所发挥的作用。我们的模拟强化了即使背景旧星盘是花形星系，气体成分的螺旋结构也随着时间的推移变得越来越非平衡和无序的观点。我们推测，当许多重叠的超谐波共振对本身具有非线性但光滑波形的驱动螺旋强迫产生反应时，真正的混沌行为会出现。