通过局部维数方法研究星状盘模拟中不同星团的螺旋臂

背景。螺旋臂的起源与本质仍不明确。星形成区域和年轻恒星通常与螺旋结构紧密相关，但关于不同年龄星团在模拟中的参与程度缺乏定量预测。目标。我们旨在量化螺旋臂与不同星团之间的相互作用。方法。我们使用一种显示动态多臂螺旋结构的孤立盘状星系的流体动力学模拟。借鉴宇宙学结构度量方法，我们开发了一种新方法——局部维数——能够稳健地跨越星团、空间和时间描绘出螺旋臂。结果。我们发现，所有恒星，包括年龄可达110亿岁的恒星，都支持螺旋臂。螺旋强度随着星团年龄增加而下降，直到20亿岁的星团后基本保持不变。然而，臂强度与年龄（或速度离散）之间的比例取决于每个时间点全局螺旋结构的强度。几乎所有形成于螺旋臂中的恒星最多在1.4-1.8千万年内仍留在其中，而年轻恒星则约三倍更快地离开螺旋臂。即使年轻星团在早期时间主要生产螺旋扭矩，所有星团在后期时间都等量贡献。结论。我们的结果凸显了局部维数研究复杂螺旋结构的力量，表明盘状星系中所有星团都参与螺旋臂。由于我们的模型中看到速度离散可达90km/s的星团也存在螺旋臂，这与银河系相当，我们预测银河系的古老星团也可能呈现螺旋结构。