银河系盘中的垂直运动：解开蜗牛结构

银河系盘中的恒星分布在垂直于银河系中平面的速度与位置空间中呈现出螺旋结构——即蜗牛结构。在去除样本选择效应后，蜗牛在垂直频率—垂直相平面中表现为直线。其斜率具有时间倒数的量纲，最简单的解释即为蜗牛年龄的倒数。在此，我们设计并拟合了一个简单模型，其中螺旋始于稳态下的不对称扰动，并缠绕成现今的形态。缠绕的发生是因为垂直频率随垂直作用量减小。我们使用来自 Gaia EDR3 中具有测得视向速度、并经简单距离与测光选择函数筛选的恒星数据。我们将数据划分为动力学不变量（径向作用量、角动量）的盒元；我们的模型在许多盒元中都能很好地拟合数据。模型参数具有物理意义：其一 $A$ 为扰动振幅，另一 $t$ 在最简单模型中可解释为导致蜗牛的事件发生以来的时间。我们发现振幅和年龄与角动量相关的趋势：(i) 在低角动量处（$<1\,600\mathrm{\,kpc\,km\,s}^{-1}$ 或引导中心半径 $< 7.3\,$kpc）$A$ 较小，而在外盘中增大逾三倍且变化剧烈；(ii) 不存在单一明确的扰动时间，$t$ 在 0.2 至 0.6 Gyr 间变化。数据与模型间的残差呈现系统性趋势，意味着数据需要更复杂的模型。