M51 旋臂流的运动学

我们利用 CO 和 H$\alpha$ 速度场研究 M51 (NGC 5194) 旋臂及臂间区域的气体运动学，并拟合二维速度场以估算径向和切向速度分量随旋臂相位（臂距离）的变化。我们发现巨大的径向和切向流速度，这在定性上与密度波理论的预测一致并支持激波的存在。流动运动非常复杂，在整个星系内以及沿旋臂和旋臂之间变化显著。速度场的畸变表明盘面并非共面，这种偏差可能延伸至距中心 20\arcsec (800 pc) 处。CO 和 H$\alpha$ 的速度剖面拟合通常相似，表明大部分 H$\alpha$ 辐射源自近期恒星形成区域。我们还探讨了涡密度和质量守恒条件。无需稳态假设的涡密度守恒得到了经验验证。速度和密度剖面显示出巨大且变化的质量通量，这与单一主导全局旋臂模式的稳态流动不一致。因此我们得出结论，旋臂在任何旋转参考系中都不可能处于准稳态，和/或面外运动可能非常显著。