关于旋臂螺距角与星系性质之间的联系

我们测量了 79 个星系样本中旋臂的螺距角（$\varphi$），以对 $\varphi$ 依赖于星系形态、质量和运动学进行系统研究，从而探究旋臂的物理起源。我们发现，$\varphi$ 在 Hubble 类型较早、核球更显著、集中度更高以及总星系恒星质量（$M_*^{\rm gal}$）更大的星系中减小（旋臂缠绕更紧），尽管存在显著弥散。在给定集中度下，恒星质量更大的星系往往具有更紧的旋臂，反之亦然。我们还发现，对于 $\sigma_c$$\gtrsim$$100$ km s$^{-1}$，$\varphi$ 与中心恒星速度弥散服从紧密的反相关，而对于 $\sigma_c\lesssim100$ km s$^{-1}$，$\varphi$ 近似恒定。我们证明 $\varphi$-$\sigma_c$ 与 $\varphi$-$M_*^{\rm gal}$ 关系是一个更基本的三维 $\varphi-\sigma_c-M_*^{\rm gal}$ 关系的投影，使得螺距角在质量较大星系中由 $\sigma_c$ 决定，而在质量较小星系中由 $M_*^{\rm gal}$ 决定。与先前研究相反，我们发现 $\varphi$ 仅与星系的剪切率松散相关。在给定剪切率下，由 $N$ 体模拟生成的旋臂表现出比观测高得多的 $\varphi$，表明星系盘动力学上更冷（Toomre 的 $Q \approx 1.2$）。相反，测得的螺距角与中心区域转动曲线的形态表现出更强的关系：具有中心峰状转动曲线的星系旋臂紧，而具有缓慢上升转动曲线的星系旋臂较松。这些行为在定性上与密度波理论的预言一致。