活暗物质晕中恒星盘动力学

计算机硬件与软件的最新进展使研究者能以接近实际恒星数量的分辨率模拟星系的自引力演化。本文给出一系列此类模拟的结果。我们对初始条件宽泛的盘星系进行了介于1亿至5亿粒子之间的 $N$ 体模拟。我们的计算包含活核球、盘与暗物质晕，三者均由 $N$ 体代码中的自引力粒子表示。模拟使用运行于Piz Daint超级计算机上的引力 $N$ 体树代码 Bonsai 执行。我们发现，棒形成的时标随盘质量分数减小而指数增长，且当盘质量分数约为 $\sim0.35$ 时棒形成时期超过一个哈勃时间。这些结果可用摆动放大理论解释。$m=2$ 螺旋臂的形成条件与棒（同为 $m=2$ 现象）的形成条件一致。我们进一步认为，无棒宏图设计螺旋星系是过渡性的，并将在动力学时标上演化为棒旋星系。我们还确认盘质量分数与剪切率是为盘星系形态的重要参数。前者影响螺旋臂数目与棒形成时期，后者决定螺旋臂的俯仰角。