由双成分恒星盘形成银河系核球：解释柱状旋转与垂直金属丰度梯度

最近的观测研究揭示银河系核球具有柱状旋转和更陡峭的垂直金属丰度梯度。我们采用两种代表性的核球形成模型，研究它们能否自洽地同时解释观测到的柱状旋转和垂直金属丰度梯度。一种是“纯盘情景”（PDS），其中核球由一个纯薄恒星盘通过自发棒不稳定性形成。另一种是“双成分盘情景”（TCDS），其中核球由一个包含薄盘和厚盘的双成分盘通过棒不稳定性形成。我们的数值模拟表明，虽然 PDS 能够再现柱状旋转，但其垂直金属丰度梯度较为平坦，与观测不符。所得较平坦的金属丰度梯度源于恒星棒对不同初始金属丰度恒星的垂直混合作用。这一结果意味着核球不能简单地由一个纯薄恒星盘形成。另一方面，在 TCDS 中由双成分盘形成的核球能够相当好地同时解释观测到的银河系核球柱状旋转和垂直金属丰度梯度。在 TCDS 中，位于较高 $|z|$（垂直距离）处的更贫金属恒星源自原本动力学上更热的厚盘，它们受棒的垂直混合影响较弱，因此能够在原位停留更长时间，从而在较高 $|z|$ 处保持较低的金属丰度。因此，即使薄盘的梯度在 TCDS 中可被棒显著平坦化，由初始薄盘和厚盘恒星组成的核球的垂直金属丰度梯度也不会被如此显著地平坦化。