旋臂不稳定性 II：磁致失稳

旋臂的碎裂可驱动巨团块的形成并诱发盘星系中剧烈的恒星形成。基于我们论文 I 的旋臂不稳定性分析，我们给出磁化气体自引力旋臂动力学不稳定性的线性扰动理论，聚焦于环向磁场的效应。旋臂可被抵消科里奥利力的环向场失稳，即磁-金斯不稳定性。我们的分析可应用于由气体与恒星组成的多组分系统。为检验分析，我们执行孤立盘星系的理想磁流体动力学模拟并考察模拟结果。我们发现，若磁场近乎环向，我们的分析可刻画导致旋臂碎裂并形成团块的动力学不稳定性。我们提出，由我们的分析算得的最不稳定扰动的无量纲增长率，可用于在一个轨道时标内预测旋臂碎裂。只要磁场近乎环向，我们的分析即适用。使用我们的解析模型，我们估计由旋臂碎裂形成的团块典型质量与观测巨团块 $\sim10^{7-8}~{\rm M_\odot}$ 一致。此外，我们发现，尽管磁致失稳可造成低密度旋臂碎裂，所得团块估计质量几乎与磁场强度无关，因为边际不稳定性出现在长波处，补偿了磁致失稳臂的低密度。