宏图旋臂的垂直结构与运动学

我们使用N体模拟研究旋臂的三维密度分布以及由此产生的恒星垂直速度。相对于盘的自转，旋臂峰值密度远离盘面的相位滞后于盘面处的相位。此外，在固定半径处，密度分布在方位角上是不对称的：在共转内部，后缘一侧的斜率较缓；在共转外部，前缘一侧的斜率较缓。旋臂诱导出非零的平均垂直速度$<V_z>$，其大小可达$<V_z> \sim 10-20$ km/s，这与银河系最近的观测结果一致。当恒星进入旋臂时，垂直运动是压缩的（朝向盘面），而当它们离开旋臂时，则是膨胀的（远离盘面）。由于恒星在共转外部从前缘进入旋臂，在共转内部从后缘进入旋臂，因此膨胀运动和压缩运动的相对相位在共转处发生交换。此外，由于恒星总是从密度梯度较缓的一侧进入旋臂，而从较陡的一侧离开，因此膨胀运动大于压缩运动。