银河状 bar 屈曲不稳定性的本质

许多强烈的模拟银河状 bar 都会经历屈曲不稳定性，这表现为垂直扭曲超出盘面，随后消失。通过对一颗类似银河系的孤立星系的模拟，我演示了这一现象可分为两个 distinct 阶段。在第一个阶段中，扭曲增长，其模式速度保持等于 bar 的模式速度，以至于扭曲在 bar 的参考系中保持静止。这种增长可描述为一个时变力驱动的谐振振子，其垂直频率下降。最终，在此阶段，大多数支撑轨道呈 banana 形状，垂直-水平频率比接近二。垂直振荡幅度的增加导致水平振荡幅度减小和 bar 缩小。质量再分配导致谐振振子作准静态响应，使水平频率升高。在屈曲的第二个阶段中，扭曲的模式速度增加——达到圆周频率的三分之一——但随半径减小。扭曲以运动学弯曲波形式传播并卷曲，留下显著的 boxy/peanut 形状。增大的水平频率导致 bar 减弱，banana 形轨道转化为pretzel 形轨道，除非在 bar 的外部分，那里保留了banana 形轨道和扭曲。结果强烈表明，银河状 bar 的屈曲与 fire-hose 不稳定性无关，但可完全通过垂直共振机制解释，后者产生扭曲并随后卷曲。