内银河盘垂向相位螺旋的起源

Gaia最近揭示了内银河盘（导线半径 $R_\textrm{g} \sim 6.2$ kpc）垂向相位空间分布中的两臂螺旋结构，这表明某种关于中平面对称的非绝热扰动正在将内盘推出平衡状态。盘内的非轴对称结构（如 bar 或螺旋臂）一直被认为是此类扰动的主要来源。然而，这些内部扰动的寿命和周期通常都长于星体垂向振荡的周期，这意味着扰动通常是绝热的。特别是在银河内部区域，垂向振荡周期更短，因此相对于外盘更容易被绝热屏蔽。我们表明，如果存在垂向共振而破坏绝热性，则可自然形成两臂相位螺旋；否则，形成其需要的扰动器寿命远超垂向振荡周期。我们从解析方法和数值模拟中都证实了：当星体同时受到周期性扰动（如由螺旋臂引起）和随机性扰动（如由巨型分子云引起）的作用时，靠近共振处会形成稳定的两臂相位螺旋。由于存在多个共振，垂向相位空间中会出现若干局部相位螺旋，这些螺旋以不同频率稳定旋转，最终形成随时间演化的全局相位螺旋。我们的结果表明，与早前的预测不同，两臂相位螺旋的形成并不要求寿命短于垂向振荡周期的瞬时扰动。