Spiral Structure in Galaxies: A Density Wave Theory. {Lin1996}

可研究的问题

星系螺旋结构中可研究的问题: 星系螺旋结构的起源和维持

分解问题:

  1. 存在较差自转时螺旋结构的持续性
  2. 螺旋结构的起源

问题2的难度远比问题1大，文章实际处理的是问题1。

事实

观测事实: 盘状星系的螺旋结构不大可能较快演变

  • 宏图: 螺旋结构呈现为一个“图样”，遍及“整个”星系盘
  • 持续性: 将正常螺旋星系分类为Sa, Sb, Sc型的悬臂间距是与星系的其他物理特征有关的; 特别的，较小的核是和较宽的间距相联系的.
  • 双臂，曳行: 螺旋图样一般是双臂的，而且根据已知的情况，也总是曳行的
  • 多臂结构: 在许多星系的外部区域中经常观测到多臂结构
  • 可能的环状结构: 环状结构经常可以在许多星系的里面部分观测到。
  • 细长串珠: 新形成的恒星和年青的HII区域，就象一串安排得非常妥贴的细长串珠
  • 尘埃带: 主要的尘埃带分布于明亮的光学臂的內缘
  • HII的丰度分布
  • HI的丰度分布: HI分布的丰值在HII丰值的外面
  • 磁场: 磁场相当弱，在猎户座臂的情况中，磁场大致是沿着臂的方向

理论

基本假设: QSSS(准稳螺旋结构)

  • 准稳的螺旋结构
  • 引力不稳定性与速度弥散
  • 密度变化小

方法:

  • WKBJ法——短波长渐近处理
  • 恒星动力学统计方法——恒星的集合行为
  • 连续介质流体力学——星际气体的大尺度特性
  • 密度波理论——微扰线性密度波的色散关系

理论由简入繁(发展/完善):

  1. 基本理论(气体动力学)
  2. 无限薄恒星盘的动力学
  3. 恒星盘和气体盘合成系统的密度波理论(综合理论1, 2)

Notes

天体物理中的多尺度:

  • 太阳系——质点系动力学；
  • 星系——密度波理论；

星际气体运动的三个尺度: (这里提到问题的不同尺度，并不意味着这些物理机制能跨越尺度相互影响，是个多尺度问题。)

  1. 星际气体运动(像/图样)
  2. 湍流气体运动(流体/物质元)
  3. 分子热运动(粒子)

🏷 Category=Modeling