基于轨道环面成像的数据驱动动力学：银河系垂直相空间的灵活模型

太阳附近恒星的垂直运动学可用于测量银盘附近的总质量分布，并研究非平衡动力学。借助当代恒星巡天，垂直动力学的示踪体数量如此之多、测量如此之好，以至于潜在轨道的形状几乎可以通过元素丰度甚至恒星密度直接在数据中显现。这些轨道可用于推断银河系的质量模型，从而约束内银河系的暗物质分布。在此，我们提出了一个灵活的模型，用轨道对垂直位置-速度相空间进行分层，用于数据驱动的动力学研究。银盘附近的垂直加速度轮廓，以及单个恒星的轨道作用量、角度和频率，都可以从该轨道分层中导出。我们证明，这个框架——“轨道环面成像”（OTI）——在动力学理论背景下是严格合理的，并且能很好地拟合具有不同真实程度的模拟恒星丰度数据。OTI（1）不需要银河系质量分布的全局模型，（2）不需要对输入巡天数据的选择函数进行详细建模。我们讨论了OTI框架的近似和局限性，该框架目前在某些情况下以动力学可解释性换取表示数据的灵活性，并且目前还将垂直和径向动力学分开处理。我们发布了一个开源工具torusimaging以配合本文。