Formation of disks with long-lived spiral arms from violent gravitational dynamics
通过简单的动力学实验，我们研究了引力和气体动力学的组合效应，在一个最初的不平衡，均匀和旋转的大质量过密度的孤立思想的演变。系统平均场势的快速变化使得仅通过牛顿引力相互作用的点状粒子（PPs）形成一个由旋转运动主导的准静态厚盘，该盘周围环绕着远不平衡的螺旋臂。另一方面，气体成分受到压缩激波和辐射冷却，从而形成一个更平坦的圆盘，其中旋转运动是相干的，速度色散小于PP。在这样的气体盘周围，形成了长寿命但不稳定的螺旋臂：这些螺旋臂由相干运动的气体粒子组成，因为它们在引力坍缩阶段获得了特定的相空间相关性。这种相空间的相关性代表了旋臂的暴力起源的一个标志，并意味着物质的运动和能量的转移。在更大的尺度上，径向速度分量明显大于旋转速度分量，气体遵循PP追踪的相同的不平衡螺旋臂。最后，我们概述了我们的结果的天体物理学和宇宙学的影响。
2020-08-28 astro-ph.CO astro-ph.GA cond-mat.stat-mech
Quasi-stationary states in the self-gravitating sheet model
本文研究了一维自引力“片模型”中由剧烈弛豫引起的准定态（QSS），特别是重新讨论了林登-贝尔（LB）理论是否足以描述它们的问题。对于以单相空间密度为特征的“水囊”初始条件，该理论的预测在该模型中仅为一个参数的函数，该参数可以方便地选择为能量与简并极限能量之比。研究一类这样的初始条件，其中初始水袋的形状是不同的，我们发现，LB预测是相当不错的总是在低能量区域，而在较高的能量（即在非简并极限），他们通常甚至不定性正确，虽然某些初始条件仍然可以找到他们一样好，在低能量。我们发现，与Levin等人在其他模型中观察到的一致，当LB理论不起作用时，QSS总是以{ \it简并}核的存在为特征，这些作者将其解释为动力学共振的结果。简而言之，LB理论似乎是一个很好的近似，只有当暴力松弛是足够的“温柔”，否则一个退化的核心晕结构的结果。
2011-06-29 astro-ph.GA cond-mat.stat-mech
Relaxation of One-dimensional Collisionless Gravitating Systems
为了更好地理解引力系统中的无碰撞弛豫过程，我们研究了一维模型。利用相关分布函数的Hermite-Legendre展开，我们给出了Maxwell-Boltzmann熵的解析和数值行为。特别是，我们适度扰动系统的一个可分离的解决方案的平衡，并观察其无碰撞演化到一个稳定的状态。我们验证了这些系统中的细粒度熵的时间无关性，然后才把我们的注意力转向粗粒度熵的行为。我们还验证，有没有类似的碰撞H-定理，这些系统。二阶粗粒度熵中的竞争项使得不可能保证熵连续增加。然而，在动态时间尺度上，粗粒度熵通常会增加，并发生小的振荡。在测试粒子和自引力情况下的熵之间缺乏实质性的差异表明，相混合，而不是与潜在的变化相关的暴力松弛，更显着地驱动粗粒度的熵演化。通过分析能量分布而不是相空间分布，可以更好地量化剧烈弛豫的影响。
2019-05-31 astro-ph.GA gr-qc
Spiral shocks induced in galactic gaseous disk: hydrodynamic understanding of observational properties of spiral galaxies
本文通过自引力吸积盘中的旋臂激波模型研究旋涡星系观测性质，发现螺距角与剪切率、恒星形成率之间的弥散可反映星系环境导致的恒星形成效率差异。
2023-09-29 astro-ph.GA
Forming Lenticular Galaxies via Violent Disk Instability
透镜状星系通常被认为是从螺旋星系通过形态转变而来的，尽管最近的数值模拟表明，轻微甚至重大的合并也可能导致类似S 0的残留物。然而，这些机制在稠密的环境中是活跃的，比如一个星系群或星系团，这使得解释在该领域发现的S 0的显着比例变得更加困难。在这里，我们提出了一个新的机制，形成这样的透镜星系。我们发现，一个孤立的冷磁盘解决到旋转平衡变得非常不稳定-导致碎片和恒星团块的形成，反过来，不仅增长的凸起，但也增加了恒星盘速度色散最佳在不到十亿年。随后，星系被动地演化，没有任何明显的螺旋结构。最终的星系模型非常类似于行星状星云摄谱仪观测到的现今S 0的形态和恒星运动学。我们的研究结果表明，高红移星系团的祖先到今天的S 0星系之间的自然联系。
2018-07-09 astro-ph.GA
Delayed phase mixing in the self-gravitating Galactic disc
Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学）；Institut d’Estudis Espacials de Catalunya（加泰罗尼亚空间研究所）
研究自引力对垂直相螺旋演化的影响，发现忽略自引力会导致相螺旋激发时间估计偏差，通过模拟揭示自引力响应导致的延迟，修正银河系年龄估计。
2026-04-08 astro-ph.GA
Properties of self-gravitating quasi-stationary states
初始远离平衡的自引力系统通过无碰撞弛豫动力学形成准稳态（QSS）。这些可能产生于自下而上的结构聚合或自上而下的框架;它们的准平衡性质可以通过Jeans方程很好地描述，并且不是普适的，即它们取决于初始条件。为了了解这种依赖的起源，我们提出了初始冷和球形系统的初始密度波动的频谱的各种选择的数值实验结果。这种波动的幅度决定了系统是以自上而下还是自下而上的方式松弛。我们发现，所产生的QSS的统计特性主要取决于在形成过程中交换的能量的量。特别是，在暴力的自上而下的崩溃的能量交换是大的，QSS显示一个几乎平坦的密度分布和准麦克斯韦-玻尔兹曼（各向同性）的速度分布的内核，而他们的外部区域显示的密度分布$ρ(r) \propto r^{-α}$（$α>0$）与径向延长的轨道。我们分析表明，$α=4$与数值实验。在不太剧烈的自下而上的动力学中，能量交换要小得多，轨道的伸长和$0< α(r) \le 4$都要小得多，密度分布很好地符合Navarro-Frenk-White行为。这种动力学演化被非均匀球形孤立系和从宇宙学模拟中提取的晕所显示。我们认为这些结果与核心尖点问题的关系得出结论，这是自然解决，如果星系形成通过单片崩溃。
2020-10-01 astro-ph.CO astro-ph.GA cond-mat.stat-mech
Phase-space structure analysis of self-gravitating collisionless spherical systems
在平均场极限下，孤立的引力系统往往通过一个剧烈的弛豫阶段向稳态演化。一个问题是要了解这种弛豫阶段的性质，特别是径向不稳定性在建立/破坏的稳定配置文件中的作用。在这里，通过一个详细的相空间分析的基础上的球形Vlasov求解器，壳代码和$N$体代码，我们重新审视的演化无碰撞自引力球系统的初始幂律密度分布$ρ(r) \propto r^n$，$0 \leq n \leq -1.5$，和高斯速度色散。考虑两个子类的模型，初始维里比$η=0.5$（“暖”）和$η=0.1$（“冷”）。由于所使用的数值技术和模拟的高分辨率，我们的数值分析首次能够显示两个或三个众所周知的动力学阶段之间的清晰分离：（i）通过剧烈的弛豫阶段建立球形准稳态，在该阶段期间相空间密度显示出平滑的螺旋结构，呈现出与来自自-类似的动力学，（ii）一个准稳态阶段，在此期间，径向不稳定性可以发生在小尺度和破坏的螺旋结构，但不改变定量的相空间分布的性质在粗粒度的水平和（iii）松弛到非球形状态，由于径向轨道不稳定性$n \leq -1$在冷却的情况下。
2018-10-19 astro-ph.GA
A modified WKB formulation for linear eigenmodes of a collisionless self-gravitating disc in the epicyclic approximation
自引力恒星盘中螺旋密度波的短波渐近性（WKB）非常适合于研究紧缠绕波包的动力学。但由于色散关系的超越性质，教科书上的WKB理论不太适用于研究无碰撞自引力圆盘中的线性本征模。我们提出了一个修改后的WKB的螺旋密度波，在周转极限的无碰撞光盘，其中扰动引力势的扰动表面密度由泊松积分Kalnaj的对数螺旋形式。一个积分方程得到的表面密度扰动，这是看到也减少到标准的WKB色散关系。我们专门研究了大质量黑洞周围的低质量（或开普勒）自引力盘，并导出了一个控制慢旋进模的本征谱和本征函数的积分方程。对于一个椭圆圆盘，积分核是实的和对称的，这意味着所有的慢模都是稳定的。我们应用慢模积分方程的两个未扰动的光盘配置文件，Jalali-特里梅因环形光盘，和Kuzmin光盘。我们确定本征值和本征函数的$m = 1$和$m = 2$慢模式，这些配置文件，并讨论其属性。我们的结果与Jalali-Tremaine的结果进行了比较。
2016-01-16 astro-ph.GA
Relaxation to thermal equilibrium in the self-gravitating sheet model
我们重新讨论了所谓的“片模型”中弛豫到热平衡的问题，即，一维粒子通过与它们的分离无关的吸引力相互作用。我们发现，这种放松可以非常清楚地检测到，其特征在于以下的演变的序参量定义的相空间分布的探测其纠缠在空间和速度坐标的适当归一化的时刻。对于一类由矩形水袋初始条件的剧烈弛豫引起的准定态，其特征在于它们的维里比R_0，我们表明弛豫发生在一个时间尺度上，（i）在粒子数N中近似线性地标度，（ii）也显示出对R_0的强烈依赖性，来自较冷初始条件的准定态弛豫得更快。序参量的时间演化可以用一个拉伸指数函数来描述。最后，我们研究了弛豫准定态的弛豫时间与涨落幅度的相关性，以及时间平均值与系综平均值之间的关系。
2010-11-02 astro-ph.GA cond-mat.stat-mech
Long-lived transient structure in collisionless self-gravitating systems
自引力系统和长程相互作用系统从远离动力学平衡的初始构型的演化通常被描述为一个简单的两阶段过程：第一阶段是剧烈的弛豫，使其在几个动力学时间内达到准稳态，随后是由碰撞过程驱动的缓慢绝热演化。在这种情况下，复杂的空间结构明显，例如，螺旋星系中的引力场要么是准静止状态的不稳定性，要么是耗散的非引力相互作用的结果。我们在这里说明，使用数值模拟，纯粹的自引力系统从非常简单的初始配置实际上可以很容易地产生这种结构的寿命可以是大的动力学特征时间相比，但短的碰撞弛豫时间尺度。更具体地说，对于广泛的非球形和非均匀旋转的初始条件，引力松弛产生相当普遍的长寿的非静态结构的丰富的品种，其特征是螺旋状的臂，酒吧，甚至在特殊情况下的环状结构。这些结构是系统坍缩的内在非平衡性质的一个特征，与系统的一部分质量有关，而大部分是维里化的。它们的特点是主要是径向运动在其最外层的部分，但也包括一个扩展的扁平区域，旋转相干约维里化的三轴形状的核心与近似各向同性的速度色散。我们讨论了可能的相关性，这些简单的玩具模型所观察到的结构，真正的星系强调耗散和耗散盘形成之间的差异。
2019-01-14 astro-ph.GA cond-mat.stat-mech
Local stability of self-gravitating disks in $f(R)$ gravity
在度规$f(R)$引力的框架下，我们找到了旋转自引力圆盘表面紧密缠绕螺旋密度波传播的色散关系。此外，新的Toomre一样的差分旋转磁盘的稳定性准则已被推导出流体和恒星磁盘。
2015-06-02 astro-ph.GA gr-qc
Violent relaxation of ellipsoidal clouds
一个孤立的，最初的冷和椭球云的自引力粒子代表了一个相对简单的系统，以研究的影响，从球对称性的偏离机制的暴力松弛。从球形对称的初始偏差所示，发挥动力学的作用，相当于在最初的球形云的情况下的密度波动。事实上，这些偏差控制着粒子能量变化的量，从而决定了最终能量分布的性质，特别是两种粒子的出现：束缚和自由。质量和能量从系统中的喷射以及形成以$ρ(r) \sim r^{-4}$衰减的密度分布和开普勒径向速度色散分布是与球形云剧烈弛豫后观察到的相似的突出特征。此外，我们发现，喷射粒子的特征是高度非球形的形状，其特征可以追溯到在动力学演化过程中放大的球形对称性的初始偏差：粒子确实可以形成各向异性的配置，如酒吧和/或磁盘，即使初始云非常接近球形。
2015-03-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
On the self-similar motion of a gravitating Chaplygin fluid
本文考虑了广义Chaubergin气体在自身引力场中的自相似运动。这个问题正在研究数值和分析（在极限情况下）。结果表明，所考虑的模型只允许扩展的解决方案。作为该模型的天体物理应用，利用本文得到的解析解提出了旋涡星系旋转曲线的描述。
2010-06-22 astro-ph.GA
Multi-scale simulations of black hole accretion in barred galaxies: Self-gravitating disk models
由于中心棒的非轴对称势，棒旋星系除了形成其特有的旋臂和棒外，还在薄气盘中形成了各种结构，如核环、内螺旋和尘埃带。这些内千秒差距的结构对于解释和理解黑洞的进食速率是非常重要的。本工作的目的是研究螺旋星系中的恒星棒对薄的自引力气体盘的影响。我们主要研究气体在中心超大质量黑洞上的吸积及其随时间的演化。我们进行多尺度模拟同时解决银河盘和吸积盘周围的中央黑洞。在所有的模拟中，我们改变初始气盘质量。作为附加参数，我们选择用于等温模拟的气体温度或用于非等温模拟的冷却时间尺度。吸积要么是由引力不稳定的或凝聚的吸积盘驱动，要么是由强激波中的能量耗散驱动。大多数模拟表明，在千秒差距尺度的气体流量的中央吸积盘（$r< 300~\mathrm{pc}$）的外边界处的吸积率的强烈依赖性。最终的黑洞质量在$1.6~\mathrm{Gyr}$之后达到$\sim 10^9 M_\odot$。我们的模型显示了爱丁顿极限的预期影响，并在相应的子爱丁顿极限的增长率下降。
2018-03-07 astro-ph.GA
GMC Origins and Turbulent Motions in Spiral and Dwarf Galaxies
CO云在高压环境中可能是非自引力的，而大多数在低金属丰度和环境压力下应该是强烈的自引力。在富含HI的LMC中，GMC的形成和破坏通常应包括分子的形成和破坏。在富含CO的M51中，GMC通过聚结生长。银河系介于这两种情况之间。在所有情况下，大的云是由气体的吸积形成的，而较小的云则与分子的存在无关。银河系中的GMC类似于其他星系中的尘埃带和马刺。维里参数α通常随云量的增加而单调减小，这意味着湍流形成了小尺度结构。从太阳质量以下到环境金斯质量（10^7 Msun）的云复合体中，都应该存在α值递减的序列层次。
2013-09-12 astro-ph.GA
Global Spiral Density Wave Modes in Protoplanetary Disks: Morphology of Spiral Arms
我们分析了在极薄的，非粘性的，自引力的原行星盘中由引力不稳定性产生的双臂全球螺旋密度波模式，以了解旋臂形态（螺距角$α$和振幅）对各种盘条件的依赖性。由此产生的螺旋密度波模式的形态非常相似的观测。它们的俯仰角和图案速度对所采用的边界条件不敏感。在相同的条件下，高斯圆盘比幂律圆盘呈现出更紧密的螺旋缠绕（更小的螺距角）。我们发现，在一个固定的盘星质量比（$M_d/M_*$），俯仰角的平均Toomre的稳定性参数（$\overline Q$）或平均磁盘的纵横比（$\overline h$）增加。对于给定的$\overline Q$，具有较高$M_d/M_*$的密度波模式具有较大的俯仰角，而对于给定的$\overline h$，行为相反。俯仰角和盘属性之间的相互依赖性可以粗略地近似为$α\propto c_s^2/M_d$，其中$c_s$是声速。我们的引力不稳定性激发的螺旋密度波可以与行星发射的螺旋相区别：（1）大质量冷盘的螺旋螺距角随半径下降，而小质量热盘的螺旋螺距角随半径上升;（2）螺旋振幅的轮廓呈现出几个凹陷和隆起。我们提出引力不稳定性激发的密度波可以作为一种替代方案来解释所观察到的自引力原行星盘中的螺旋臂。
2020-11-10 astro-ph.EP astro-ph.GA
Entropy principle and complementary second law of thermodynamics for self-gravitating systems
自引力系统的统计力学是一个长期存在的难题。在这项工作中，我们采用的理想气体，首先提出的怀特和纳拉扬的唯象熵形式，重新审视这个问题。通过计算熵的一阶变分，在质量守恒和能量守恒的约束下，我们得到一个熵定态方程。结合的Jeans方程，并通过指定一些功能形式的各向异性参数β，我们数值求解两个方程，并证明速度各向异性参数起着重要的作用，以达到密度分布，是有限的质量，能量和空间范围。如果再结合一些经验密度分布的模拟，我们的理论预测的各向异性参数，径向赝相空间密度在外部的非引力简并区的暗物质晕与模拟数据符合得相当好，预测也是可以接受的中间弱简并区的暗晕。二阶变分法揭示了自引力系统的平衡态在长程强弛豫下是整个系统的全局最小熵态，而在短程两体弛豫和Landau阻尼下是系统的局部最大熵态.这种最小-最大熵的对偶性意味着标准的热力学第二定律需要重新表述或推广到自引力系统。我们相信，我们的发现，特别是热力学第二定律的补充，可能会提供至关重要的线索，发展的统计物理的自引力系统以及其他长程相互作用系统。
2010-05-14 astro-ph.CO astro-ph.GA cond-mat.stat-mech
Secular diffusion in discrete self-gravitating tepid discs I : analytic solution in the tightly wound limit
用非齐次Balescu-Lenard方程描述了由有限粒子组成的无限薄的微温孤立星系盘的长期演化。假设只有紧密缠绕的瞬态螺旋存在于光盘中，WKB近似提供了一个简单和易于处理的正交相应的漂移和扩散系数。它提供了深入的物理过程中的长期扩散的自引力离散盘的工作，并在行动空间中的分布函数的初始变化的定量预测。当应用到一个孤立的固定的自引力Mestel光盘的长期演变，这种形式主义最初预测的重要性，在光盘的内部区域的共转共振导致一个制度，涉及径向迁移和加热。它预测，特别是形成一个“脊状”的功能，在行动空间，在协议与模拟，但高估的时间尺度，其外观。摆动放大可能会解决这种差异。在天体物理学中，非齐次Balescu-Lenard方程及其WKB极限也可以描述星系盘中巨分子云的长期扩散、原行星盘中星子的长期迁移和分离，甚至银河系中心恒星种群的长期演化。
2015-04-20 astro-ph.GA cond-mat.stat-mech
The Galactic Branches as a Possible Evidence for Transient Spiral Arms
使用背景Milky-Way-like势模型，我们进行了恒星轨道和磁流体动力学（MHD）模拟。作为第一个实验，我们研究了气体的双对称螺旋臂势的响应：广泛采用的余弦势模型和自引力三维密度分布为基础的模型称为PERLAS。在这些模拟中，重要的差异是显而易见的，而简化的余弦势在所有情况下都产生两个螺旋臂，更现实的基于密度的模型在气体盘上产生四个螺旋臂的响应，除了弱臂-即接近线性状态-其中形成双臂结构。为了比较恒星和气体对旋臂的响应，我们还进行了详细的周期轨道研究，并在观测不确定性范围内探索了不同的结构参数。四臂反应被解释为超谐波共振的结果，或者是具有大质量双对称螺旋结构的冲击。根据这项工作的结果，并比较恒星和气体的反应，我们找到了一个替代的解释形成的分支，仅基于轨道响应的自引力螺旋臂模型。特征的存在，例如分支，可能是臂的短暂性的指示。
2015-05-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
Secular diffusion in discrete self-gravitating tepid discs III. Resonant thickening in the tightly wound limit
利用非齐次多分量Balescu-Lenard方程研究了离散自引力银盘的长期增厚。厚WKB的扩散和漂移系数的限制，发现使用周转近似，同时假设只有径向紧密缠绕的瞬态螺旋持续的光盘。这产生一个简单的双正交的漂移和扩散系数，提供了一个清晰的理解的位置，最大的垂直轨道扩散内的光盘引起的有限数量的粒子的影响。当应用到一个不温不火的稳定锥形盘，Balescu-Lenard形式主义预测形成的脊共振轨道朝向更大的垂直行动，发现在直接的数值模拟，但高估的时间尺度参与其外观。旋臂放大器可能需要解决这种差异，如刀片薄光盘的情况下所示。巨大的分子云人口在光盘的联合发展可能会加速长期光盘的增厚有限${-N}$的影响，但在银河系中观测到的云的数量似乎不足以解释其厚盘。
2017-08-24 astro-ph.GA cond-mat.stat-mech
Galactic Spiral Arms: Structure and Dynamics Given by an Equation of Motion
利用自引力暗条的运动方程，我们展示了星系旋臂是如何形成和维持的。我们发现，银河系的磁盘和自引力的臂（如方程所示）的组合的差异旋转导致旋转的螺旋结构。此外，通过这种分析，我们发现了一个第二微分方程，它明确地将这种螺旋结构与星系的旋转曲线联系起来-它连接了几个因素，包括螺旋形状和模式速度。我们还描述了一个简单的多体数值实验，支持我们的方法。研究结果与有关臂结构和旋转曲线（包括前臂结构）的观察证据一致。
2013-03-01 astro-ph.GA
Central Regions of Barred Galaxies: Two-Dimensional Non-self-gravitating Hydrodynamic Simulations
棒星系的内部区域包含了诸如离轴激波、核环和核螺旋等子结构。这些子结构可能影响恒星的形成，并通过决定质量流入速率来控制中心黑洞（BH）的活动。我们调查的形成和使用高分辨率，基于网格的流体动力学模拟这样的子结构的属性。气体介质被假定为无限薄，等温，和非自引力。恒星和暗物质由静态引力势表示，该势有四个分量：恒星盘、凸起、中心BH和棒。为了研究不同的星系环境，我们改变气体声速c_s以及中心BH的质量M_BH。当流动达到准定常状态时，随着c_s的增加，离轴激波趋向于向杆长轴靠近。核环的大小随c_s的增加而缩小，但与M_BH无关，表明核环的位置不是由Lindblad共振决定的。在低c_s模型中，环是窄的，因为它们主要被x2轨道上的气体占据，并且与核螺旋很好地解耦，而在高c_s模型中，它们由于大的热扰动而变得宽。只有当c_s很小时或M_BH很大时，核螺旋才会存在，否则它们将被偏心轨道上的环物质完全破坏。核螺旋的形状和强度敏感地依赖于c_s和M_BH，当c_s和M_BH都很小时，它们是超前的，当c_s很小而M_BH很大时，它们是弱拖尾的，当c_s和M_BH都很大时，它们是强拖尾的。在低c_s模型中，由于存在窄的核环，向核的质量流入速率很小，但当c_s较大时，质量流入速率大于0.01 Msun/yr，这为Seyfert星系的核活动提供了一种可能的解释。
2011-12-28 astro-ph.GA
Global simulations of self-gravitating magnetized protoplanetary disks
在原行星盘的早期阶段，当它的质量是其恒星的一个重要部分时，引力不稳定性（GI）产生的湍流应该在盘的演化中具有重要意义。同时，磁盘可能被充分电离，使磁场在动力学中发挥某种作用。虽然通常被忽视，但磁性对GI的影响可能是至关重要的，对几个过程产生影响：吸积的效率，螺旋结构的形成，破碎和固体的动力学。本文采用无网格有限质量拉格朗日方法对自引力原行星盘进行了全球三维磁流体动力学模拟。我们证实，GI螺旋波触发发电机，放大初始磁场近热振幅（等离子体β < 10），一个数量级大于单独的磁旋转不稳定性所产生的。我们还确定发电机的非线性反作用的gravitoturbulent流：饱和状态是相当热，与相关的较大的Toomre参数和较弱的，更“絮凝”的螺旋。但也许更重要的是发电机通过显著的麦克斯韦应力来促进吸积;质量吸积相对于纯GI或纯MRI被几个因素增强。我们的模拟使用理想MHD，公认的原行星盘的近似差，因此未来的研究应该探索非理想MHD的全部范围。为了做好准备，我们展示了少量的欧姆运行，揭示了发电机，如果有的话，在非理想环境中更强。这项工作证实，磁场是一个潜在的关键成分gravitoturbulent年轻磁盘，可能控制其演变，特别是通过其增强（潜在的情节）吸积。
2020-01-23 astro-ph.EP astro-ph.GA
Global stability of self-gravitating disks in modified gravity
我们研究了自引力盘的全局稳定性的背景下修改的重力（MOG）使用N体模拟。这个理论是一个相对论性的标量-张量-矢量引力理论，用来解决暗物质问题。在弱场极限下，MOG具有两个自由参数$α$和$μ_0$，这两个参数已经用旋涡星系的自转曲线数据确定。恒星自引力盘的演化，更具体地说，酒吧不稳定性MOG的研究和牛顿的情况下相比。我们的模型具有指数和Mestel样的表面密度为$Σ\propto \exp(-r/h)$和$Σ\propto 1/r$。它被发现，令人惊讶的是，磁盘是更稳定的对杆模式在MOG比在牛顿引力。换句话说，棒的生长速率实际上比牛顿圆盘慢。此外，我们表明，这两个自由参数，即$α$和$μ_0$，有稳定的效果。换句话说，这些参数的增加将降低棒材的生长速率。
2017-03-17 astro-ph.GA gr-qc
The dynamics of stellar disks in live dark-matter halos
计算机硬件和软件的最新发展使研究人员能够以与实际恒星数量相当的分辨率模拟星系的自引力演化。在这里，我们提出了一系列这样的模拟结果。我们进行了$N$体模拟盘星系之间的1亿和5亿粒子在广泛的初始条件。我们的计算包括一个活的凸起，磁盘和暗物质晕，其中每一个是由自引力粒子在$N$体代码表示。模拟使用运行在Piz Daint超级计算机上的重力$N$体树代码Bonsai进行。我们发现，酒吧形成的时间尺度呈指数增加，减少磁盘的质量分数和酒吧的形成时代超过哈勃时间时，磁盘的质量分数为$\sim0.35$。这些结果可以用摆动放大理论来解释。形成$m=2$螺线的条件与形成条形的条件一致，这也是一种$m=2$现象。我们进一步认为，非棒大设计的旋涡星系是过渡的，他们演变成棒星系的动态时间尺度。我们还证实，盘质量分数和剪切速率是重要的参数的形态盘星系。前者影响螺旋臂的数目和条的形成时期，后者决定螺旋臂的螺距角。
2018-03-16 astro-ph.GA
Feathering Instability of Spiral Arms. II. Parameter Study
我们报告的结果，在银河系旋臂的羽化稳定性的参数研究。本文研究了具有双臂恒星螺旋结构的二维薄磁化自引力气体盘。利用Lee和Shu以前提出的公式，在局部笛卡尔几何中对螺旋激波进行了线性稳定性分析。最后给出了螺旋激波基态的参数研究结果。导致扰动增长的单模羽状不稳定性可以解释在附近的螺旋星系中发现的羽状现象。以平均表面密度为特征的气体自重是一个重要的参数，它1）使螺旋激波进一步向下游移动; 2）由于不稳定性，增加了增长率并减小了羽状结构的特征间距。另一方面，虽然磁场抑制了与羽毛相关的速度波动，但它不会强烈影响它们的生长速率。利用大设计旋涡星系M51在距中心2kpc处的一组典型参数，发现最大增长率的羽毛间距为530pc，这与以前的观测研究结果一致。
2014-07-19 astro-ph.GA
Triggered fragmentation in self-gravitating discs: forming fragments at small radii
我们对引力不稳定盘进行了三维辐射流体动力学模拟，以探索盘在初始碎裂后的质量运动。我们发现，在光盘的某些部分的气体的径向速度增加了约10倍后，光盘碎片，相比之前。虽然质量的运动发生在向内和向外两个方向上，但向内的运动可以导致自引力盘的内部螺旋变得足够密集，使得它们可以潜在地碎裂。这表明，碎片盘的动力学行为可能会导致随后的碎片发生在比最初预期的更小的半径，但只有在初始碎片已经形成在外盘。
2015-09-16 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Spiral Arms in Broad-line Regions of Active Galactic Nuclei. I. Reverberation and Differential Interferometric Signals of Tightly Wound Cases
宽发射线是活动星系核光谱的一个重要特征，它提供了中心超大质量黑洞周围电离气体的运动学和空间分布信息，即所谓的宽线区（BLR）。越来越多的证据表明，在BLR中出现了螺旋臂。混响映射（RM）表明，BLR的特征半径与吸积盘的自引力区的特征半径重叠。在WKB近似的框架下，我们展示了旋臂观测特征的鲁棒性。由此产生的螺旋臂导致宽发射线的各种轮廓。我们计算了具有$m=1$模式旋臂的BLR的RM和差分干涉特性。这些特征可以通过高质量的RM和差分干涉观测来检测，例如通过甚大望远镜干涉仪上的重力。WKB近似在未来将被放宽和普遍化，以探索RM活动和差分光谱天体测量观测中密度波信号的更一般情况。
2022-08-08 astro-ph.GA
The role of dark matter halo in the evolution of the non-stationary disk of spiral galaxies
本文从晕的角度考虑星系盘子系统的演化问题。为此，我们已经研究了依赖于暗物质晕的基本参数的一个非线性非径向盘振荡在其平面内的演化数值。暗物质晕稳定了圆盘平面的不稳定性，但使其垂直振荡不稳定。全球盘结构强烈依赖于暗物质晕的质量和形状。构造了自引力盘振荡过程与暗物质晕指示参数的演化依赖关系。
2020-12-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
$N$-body chaos, phase-space transport and relaxation in numerical simulations
利用直接$N$ -体模拟方法研究了自引力系统的动力学混沌与系统尺寸$N$的关系。我们发现，用最大李雅普诺夫指数$Λ_{\rm max}$量化的$N$体混沌随$N$而减小.发现其逆时间（所谓的李雅普诺夫时间$t_λ$）小于两体碰撞弛豫时间，但大于典型的剧烈弛豫时间，从而表明存在另一个与多体混沌有关的集体时间尺度.
2019-07-30 astro-ph.GA
Spiral Structure in Scale-free, Thin Discs: Rigid Rotation
本文提出在旋涡星系的中心区域存在无碰撞、无标度、刚性旋转、具有螺旋对称性的自引力盘。这样的圆盘必须在有限半径处被截断，并且它们必须被稳定，并通过合适的晕圈呈现自相似性。光环和旋转圆盘共享自相似类，并且必须一起形成以达到所建议的状态。我们做比较与著名的刚性旋转，Kalnajs光盘，其中之一是轴对称和有限的，而另一个是无限的，分解成螺旋模式。在一个刚性旋转的无碰撞系统中，我们发现了一维和二维的自洽、自相似分布函数。在二维情况下，我们推导出离散旋臂的自洽条件。我们给出了一个估计的干扰中创建的光环的存在的光盘，并认为光环本身应该接近自相似性。晕圈中的一个非常弱的尖点可能是必要的。晕的必要的空间重合导致了一种盘-晕“阴谋”。最后，圆盘方程在“螺旋”坐标系中被制定，并作为一个例子给出了一个近似离散的“线螺旋”的通道。虽然在二维空间中，无碰撞的粒子以非线性的周转圆进入和离开臂，但它们在螺旋线极限中近似平行于臂运动。然而，螺旋图案是刚性旋转的。非周期性的螺旋臂建议，其中不连续性可能是粗粒度的出现碰撞冲击。
2011-10-25 astro-ph.GA
The galaxy halo formation in the absence of violent relaxation and a universal density profile of the halo center
虽然N体模拟证明了暗物质晕中心区域的尖状轮廓，但观测结果显示，至少在一些螺旋星系和矮椭球体的中心区域，有一个浅的核心密度轮廓。我们表明，一个中心的配置文件，非常接近所观察到的，不可避免地形成在中心的暗物质晕，如果我们作出一个假设的系统在晕形成过程中的一个温和的能量弛豫。如果我们假设暗物质粒子之间的能量交换在晕坍缩过程中并不太强烈，那么这个轮廓是普适的：它几乎完全不依赖于初始扰动的性质，并且与具有小Einasto指数$n\sim 0.5$的Einasto轮廓非常相似，但不完全相同。我们估计分布的“中心核心”的大小，即，非常中心的区域的范围与相应的温和的轮廓，并表明尖点的形成是不可能的，即使暗物质是冷的。所获得的配置文件是在一个很好的协议与观测数据，至少，某些类型的星系，但显然不同意与N体模拟。
2014-07-13 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
On the fragmentation boundary in magnetised self-gravitating discs
我们调查的作用，磁场的碎片的自引力盘使用三维全球理想磁流体动力学模拟进行的“幻影”平滑粒子流体动力学代码。对于最初的环形场，我们发现两个制度。在第一种情况下，冷却时间大于动力学时间的五倍，磁场降低螺旋密度波振幅，这反过来又抑制了碎裂。即使磁压力只有热压力的十分之一，情况也是如此。当冷却时间足够短以致于磁场不能阻止碎裂时，发生第二种状态。我们发现，磁化光盘产生更多的大规模的碎片，由于这两个额外的压力施加的磁场，和额外的角动量输运诱导麦克斯韦应力。碎片被限制在一个较窄的范围内的初始半长轴比那些在未磁化的磁盘。未磁化和磁化的圆盘碎片的轨道偏心率和倾角分布是相似的。我们的研究结果表明，破碎边界可能是在冷却时间的一个因素，两个低于纯流体动力学模型预测。
2016-12-19 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Connecting Clump Sizes in Turbulent Disk Galaxies to Instability Theory
在这封信中，我们研究了相对于运动学，气体分数和Toomre Q的湍流盘星系中的H α团簇的平均大小。我们使用100 pc分辨率的HST图像，IFU运动学，和气体馏分的一个样本的罕见的，附近的湍流盘的属性密切匹配的z~1.5-2主序星星系（的SAMO样本）。我们发现的气体分数和速度色散的主机星系的旋转速度比的归一化平均团块大小的线性相关性。我们表明，这些相关性是一致的预测来自一个模型的不稳定性在自引力盘（所谓的“暴力磁盘不稳定性模型”）。我们还观察到，使用双流体模型Q，团块的大小和自重力驱动的不稳定区域之间的相关性。这些结果是最一致的假设，即大质量的恒星在湍流盘中形成团块是自引力气体丰富的磁盘的不稳定性的结果，因此提供了一个直接的连接解决团块大小和这种原位机制。
2017-03-01 astro-ph.GA
The discreteness-driven relaxation of collisionless gravitating systems: entropy evolution in external potentials, N-dependence and the role of chaos
我们调查的老问题的快速松弛的碰撞$N$体系统的崩溃或扰动，强调（非碰撞）离散效应的重要性。我们在固定的外部势中积分轨道系综，估计系综的熵来分析分布函数的时间演化。我们表明，这些估计捕获正确的物理行为预期从热力学第二定律，没有任何虚假的熵产生。对于自洽（即静止）样本，熵是守恒的，而对于非自洽样本，它在几个动力学时间内增加到最大值，在那里它稳定（即使在可积势中）。我们的研究结果揭示了这种快速无碰撞弛豫的主要成分。基本要素是任何势场中引力系统的离散性（有限$N$）。此外，在不可积势中，混沌轨道的存在加速了熵的产生。与传统的剧烈弛豫情形相反，我们的结果表明，这种快速弛豫不需要依赖于时间的电势。对于第一次，在连接的Nyquist-Shannon定理，我们确定的$N$ -依赖这种离散驱动的放松，推导出一个典型的松弛时间$T/τ_{cr}\approx 0.1 N^{1/6}$，与稍弱的$N$ -依赖性的非可积的潜力与大部分的混沌轨道。即使对于疏散星团这样的小$N$系统，这个时间尺度也比碰撞时间尺度小得多，并且代表了真实无碰撞$N$体系统的上限。此外，我们的研究结果强化了Beraldo e Silva等人（2017）得出的结论，即Vlasov方程没有提供足够的动力学描述塌陷无碰撞$N$ -体系统的快速弛豫。
2018-12-17 astro-ph.GA
Spiral Arms in Broad-line Regions of Active Galactic Nuclei. II. Loosely Wound Cases: Reverberation Properties
近年来，越来越多的证据表明，活动星系核中的宽线区（BLR）具有规则的子结构，如旋臂，这一证据得到了RM观测所测得的BLR半径与吸积盘的自引力区基本一致的事实的支持。我们在论文Ⅰ中已经指出，在某些盘状超宽带共振器中，可能存在由这些区域的引力不稳定性激发的旋臂。作为该系列的第二篇论文，我们研究了盘状BLR中由引力不稳定性激发的松散缠绕的螺旋臂，并给出了它们的观测特征。遵循Adams等人（1989）的处理，我们用矩阵格式求解了控制积分-微分方程。计算了BLR旋臂的发射线轮廓、速度延迟图和速度分辨延迟。我们发现旋臂可以解释观测中的一些现象：（1）平均谱和均方根谱中的发射线轮廓具有不同的不对称性，（2）一些速度延迟图，如，NGC 5548的发射谱线具有复杂的子特征（不完整的椭圆），（3）发射谱线轮廓（均方根谱）的非对称性变化的时间尺度很短。这些功能是有吸引力的建模所观察到的线轮廓和混响的属性，并揭示BLR的几何和运动学的细节。
2023-01-17 astro-ph.GA
Spiral-arm instability: giant clump formation via fragmentation of a galactic spiral arm
螺旋臂的碎裂被认为是导致星系中巨大团块形成的原因。利用自引力旋臂的线性微扰分析，我们导出了一个不稳定性参数，并定义了团块形成的条件。我们扩展我们的分析，包括气体和恒星在外部潜力的多组分系统。然后，我们进行数值模拟孤立盘星系与等温气体，并比较我们的分析模型的预测结果。我们的模型准确地描述了我们的模拟中的螺旋臂的演变，即使当螺旋臂动态相互作用。结果表明，在模拟的盘星系中形成的巨星系团大多满足不稳定性条件。我们的模型预测的团块质量与模拟结果一致，但增长的时间尺度的不稳定扰动是高估了几个因素。我们还应用我们的不稳定性分析，以获得块属性的标度关系。预期的团块大小，速度分散，和圆周速度之间的比例关系是略有不同的Toomre不稳定性分析，但也不是不符合目前可用的观测。我们认为，旋臂不稳定性是一个可行的形成机制的巨大的团块在富含气体的盘星系。
2017-08-18 astro-ph.GA astro-ph.SR
Wiggle Instability of Galactic Spiral Shocks: Effects of Magnetic Fields
有人认为，星系盘中螺旋激波的摆动不稳定性（WI）是在大设计螺旋星系中观察到的气体羽毛形成的原因。我们进行了线性稳定性分析和数值模拟，以研究磁场对WI的影响。圆盘被假定为无限薄，等温，非自引力。我们分别用无量纲参数$β$和$\mathcal{F}$控制磁场和旋臂强迫的强度。通过将微扰方程作为边界特征值问题求解，得到了不同$β=1-\infty$、$\mathcal{F}=5\%$和$10\%$值时WI的色散关系.我们发现，在扰动激波位涡的积累所产生的WI被抑制，虽然不是完全的，由磁场。磁场的稳定作用不是来自扰动场，而是来自未扰动场，它降低了背景激波中的密度压缩因子。当$\mathcal{F}=5\%$和$β\lesssim 10$或$\mathcal{F}=10\%$和$β\sim5-10$时，最不稳定的模式具有$\sim0.1-0.2$乘以臂间间距的波长，这似乎与观察到的羽毛的平均间距一致。
2015-06-23 astro-ph.GA
A new method to estimate local pitch angles in spiral galaxies: Application to spiral arms and feathers in M81 and M51
我们研究$8μ$ m IRAC图像的宏伟设计双臂螺旋星系M81和M51使用一种新的方法，即俯仰角局部确定为尺度和位置的函数，在传统的傅里叶变换光谱分析，适合整个星系的平均俯仰角。新的分析是基于$(\ln R, θ)$空间圆形窗口中星系碎片与具有不同螺距角的对数螺旋之间的相关性。窗口的直径是不同的，以研究不同的尺度。结果是螺旋结构的最佳拟合螺距角作为位置和尺度的函数，或者螺距角的分布函数作为给定银河区域或面积的尺度的函数。我们应用该方法来确定这两个星系的臂和臂间区域的俯仰角的分布。在武器，该方法再现了已知的螺距角的主要螺旋在一个大规模的，但也显示出较高的螺距角较小的规模所造成的灰尘羽毛。对于臂间，有一个广泛的分布的螺旋臂羽毛的螺旋角代表的延续和演变的流动移动到臂间区域。我们的方法显示了不同尺度上的螺旋结构的多样性，从气体流动过程中的引力，湍流和剪切星际介质的预期。我们还提出了M81使用经典的1D和2D傅立叶变换的结果，连同一个新的相关方法，这表明与传统的2D傅立叶变换良好的协议。
2014-08-15 astro-ph.GA
Invariant manifolds in barred galaxy simulations. III. Self-regulated weakening of strong spiral arms
Universitat de Barcelona (UB)（巴塞罗那大学）；Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC)（加泰罗尼亚太空研究所）；Lund University（隆德大学）
本研究通过AGAMA模拟发现，棒旋星系强旋臂因引力势重塑使平衡点偏移，经约200亿年自调节反馈弱化后可恢复，首次揭示不变流形与旋臂的耦合机制，证明强旋臂是暂态的。
2026-07-31 astro-ph.GA
Resonant thickening of self-gravitating discs: imposed or self-induced orbital diffusion in the tightly wound limit
利用缀饰的无碰撞Fokker-Planck方程和非均匀多分量Balescu-Lenard方程研究了自引力恒星银盘的长期增厚。厚WKB的扩散通量的限制被发现使用周转近似，而假设只有径向紧密缠绕的瞬态螺旋持续的光盘。这产生简单的求积的漂移和扩散系数，提供了一个清晰的理解的位置，最大的垂直轨道扩散内的磁盘，引起的波动外部或由于有限数量的粒子。这些厚的限制也提供了一个一致的推导厚光盘Toomre参数，这是指数提升的比例的垂直径向刻度高度。在统计上，光盘内的着装电位波动诱导共振轨道的子集的垂直弯曲，触发相应的垂直速度色散的增加。当应用到一个不温不火的稳定锥形光盘扰动的散粒噪声，这两个框架再现定性的脊共振轨道形成更大的垂直行动，发现在直接数值模拟，但高估了时间尺度参与其外观。可能需要摆动放大来解决这种差异，如在刀片薄光盘的情况下所示。增厚的其他来源也进行了调查，如褪色序列的慢酒吧，或联合进化的人口巨大的分子云内的磁盘。
2017-08-22 astro-ph.GA
Spiral-driven accretion in protoplanetary discs - II Self-similar solutions
吸积盘在宇宙中无处不在，了解角动量和质量如何在这些物体中径向传输是一个至关重要的问题。在这里，我们研究了流体动力学和非自引力吸积盘内的非线性螺旋图案所发挥的作用，假设外部扰动，如落入光盘可能会触发它们。为此，我们计算了描述螺旋波传播的圆盘的自相似解。这样的解决方案提出了冲击和临界音速点，我们仔细分析。对于所有允许的温度和几个螺旋激波，我们计算了波的结构。特别是，我们推断的角度的螺旋图案，它施加在磁盘上的应力，以及相关的流量的质量和角动量作为温度的函数。我们通过无量纲的$α$参数量化了角动量输运速率。对于我们考虑的最厚的盘（对应于约1/3的$h/r$值），我们发现$α$的值与$0.1$一样高，并且随着温度$T$缩放，使得$α\propto T^{3/2} \propto (h/r)^3$。螺旋角与温度成比例，即$\arctan(r/h)$。这些解决方案的存在表明，扰动发生在光盘的外边界，例如扰动，由于下落运动，可以传播到光盘内部深处，因此不应该被忽略，即使在考虑小半径。
2016-02-04 astro-ph.GA
Eigenfunctions of Galactic Phase Space Spirals from Dynamic Mode Decomposition
我们调查的时空结构的模拟银河系盘的垂直运动的均匀板和等温平面模型。我们使用动态模式分解（DMD）来计算两种模型的模拟分布函数的本征函数，称为DMD模式。在均匀平板的情况下，我们将DMD模与系统的解析简正模进行了比较，以评估DMD在无碰撞自引力系统中的可行性。其次是等温平面模型，在那里我们专注于自重力相混合的效果。我们计算的DMD模式的相互作用和外部潜在的变化的相对优势，从而研究相应的模式结构和寿命的变化。我们发现，有一个政权的相对优势，在约$ 4:1 $外部潜力相互作用的DMD模式是螺旋在$ (z,v_z) $平面，几乎是无阻尼。这导致了这样一个命题，即在弱到中等自引力存在下经历相混合的系统可以具有以这种模式形式存在的持续螺旋结构。然后，我们得出结论，这样的机制可能是在工作中观察到的盖亚数据释放2相空间螺旋，并与DMD研究更复杂的模拟可能有助于理解的时间和形式的扰动，导致观察到的螺旋。
2019-09-06 astro-ph.GA
Local Simulations of Spiral Galaxies with the TIGRESS Framework: I. Star Formation and Arm Spurs/Feathers
旋臂对盘状星系的气体流动和恒星形成有很大影响。我们使用本地三维模拟的垂直分层，自引力，差分旋转，星际介质（ISM）受到恒星螺旋势研究的影响，螺旋臂对恒星的形成和形成的臂刺/羽毛。我们采用Kim & Ostriker（2017）的TIGRESS框架来处理辐射加热和冷却，恒星形成以及随后的超新星（SN）反馈。我们发现，超过90%的恒星形成发生在螺旋臂，但全球恒星形成率（SFR）的模型与螺旋臂相比，增加了不到2倍。这是由于SFR表面密度Sigma_SFR和气体表面密度Sigma之间的准线性关系，并支持旋臂不会引发恒星形成而是集中恒星形成区域的观点。相关的SN反馈产生气态的马刺/羽毛下游的磁化和非磁化模型的武器。这些马刺/羽毛是短暂的，并具有平行于其长度的磁场，与由引力不稳定性引起的具有垂直磁场的较长寿命特征形成对比。SN反馈驱动磁场的湍流分量，总磁场强度与Sigma成次线性比例。总的中平面压力在臂和臂间区域之间变化约10倍，但局部与总垂直ISM重量一致，而Sigma_SFR局部与压力调节、反馈调制理论的预测一致。
2020-06-10 astro-ph.GA
Spiral-arm instability - II: magnetic destabilisation
旋臂的碎裂可以驱动巨大团块的形成，并在盘星系中引发强烈的恒星形成。本文在文献[1]螺旋臂不稳定性分析的基础上，提出了磁化气体自引力螺旋臂动力学不稳定性的线性微扰理论，着重讨论了环形磁场的影响。螺旋臂可以通过抵消科里奥利力的环形场而不稳定，即磁-金斯不稳定性。我们的分析可以应用于由气体和恒星组成的多组分系统。为了测试我们的分析，我们进行理想的磁流体动力学模拟孤立盘星系，并检查模拟结果。我们发现当磁场为近环形时，我们的分析可以避免动力学不稳定性导致臂的碎裂和形成团块。我们建议，无量纲增长率的最不稳定的扰动，这是从我们的分析计算，可以用来预测破碎的螺旋臂在轨道的时间尺度。只要磁场接近环形，我们的分析就适用。使用我们的分析模型，我们估计一个典型的质量的团块形成的螺旋臂碎片与观察到的巨型团块$\sim10^{7-8}~{\rm M_\odot}$是一致的。此外，我们发现，虽然磁不稳定可以导致低密度的螺旋臂的碎片，估计质量的产生团块几乎是独立的强度的磁场，因为边际不稳定发生在长波长的补偿低密度的磁不稳定的武器。
2018-12-11 astro-ph.GA astro-ph.SR
The Case Against Dark Matter and Modified Gravity: Flat Rotation Curves Are a Rigorous Requirement in Rotating Self-Gravitating Newtonian Gaseous Disks
通过解析求解各种类型的有旋转的Lane-Emden方程，我们发现了两个新的旋转的、自引力的、处于平衡状态的气体圆盘的耦合基本性质：平均而言，等温盘必须在其赤道平面上的半径$x$上表现出严格的幂律密度分布，其形式为$A x^{k-1}$，其中$A$和$k-1$是积分常数，和“平坦”的旋转曲线，精确地像在螺旋星系盘中观察到的那样。平均而言，多变盘必须表现出$\left[\ln(A x^k)\right]^n$形式的严格密度分布，其中$n$是多变指数，以及由上不完全伽马函数的平方根描述的“平坦”旋转曲线。所谓“平均”，我们的意思是，不管所选择的边界条件如何，实际的轮廓必须在解析奇异平衡解的严格平均轮廓附近振荡并保持接近。我们称这种奇异解为微分方程的“内禀”解，因为它们是二阶方程本身所要求的，与柯西问题无关。这些结果直接适用于长期以来被认为是等温的气体星系盘和原行星盘在其演化的扩展等温和绝热阶段。在银河系气体动力学中，它们有可能以一种彻底的方式解决暗物质-修正引力的争议，因为它们使这两种假设都变得不必要。在原行星盘研究中，他们为观测者提供了强大的新探测工具，因为他们预测了径向密度分布和自引力盘在其非常早期（前0级，也许是最年轻的年轻恒星类天体）演化阶段的旋转曲线之间的清晰而简单的联系。
2015-10-24 astro-ph.GA
Forming Pop III binaries in self-gravitating disks: how to keep the orbital angular momentum
星盘碎裂是导致星族III双星系统形成的一个可能过程。然而，数值模拟显示了碎片的不同命运;一些演变成稳定的双星，另一些则与中心恒星合并。为了澄清这种多样性背后的物理学，我们以可控的方式进行了一系列三维流体动力学模拟。我们在自引力盘中插入一个模仿碎片的点粒子，初始质量和位置为自由参数，跟踪了几十个轨道的轨道演化。即使是这样简单的实验，结果也显示出很大的差异。一些粒子向内迁移后很快就融合了，但另一些粒子则随着圆盘中的间隙打开而迁移停止。我们发现，我们的结果是很好的解释假设提取的轨道角动量（i）从磁盘螺旋结构的引力扭矩，和（ii）潮汐破坏的引力约束的信封周围的粒子。我们的分析评估表明，过程（i）和（ii）是有效的，在外部和内部的磁盘分别。如果包层质量足够大，则在中间存在间隙开口的窗口。这些都与我们的数值结果相一致。我们进一步表明，双星，出现的“生存”的情况下，逐渐扩大，而吸积盘气体。我们的理论框架可以自由扩展，适用于当今的恒星和行星形成。
2019-07-30 astro-ph.GA astro-ph.SR
Stellar Orbital Studies in Normal Spiral Galaxies I: Restrictions to the Pitch Angle
我们为最简单的星系分类：哈勃序列中定义的正常非棒旋星系或弱棒旋星系建立了一系列非轴对称势模型。为此，螺旋臂PERLAS的三维自引力模型叠加到银河系轴对称势。我们分析的恒星动力学变化的螺旋臂的俯仰角，从4 $°$到40 $°$，一个Sa星系，从8 $°$到45 $°$，一个Sb星系，从10 $°$到60 $°$，一个Sc星系。通过定期轨道分析，并通过密度响应研究每种形态类型的自我一致性间接测试。基于有序的行为，周期轨道的研究表明，俯仰角高达约$15°$，$18°$，和$20°$分别为Sa，Sb和Sc星系，密度响应支持的螺旋臂潜力，一个持久的大尺度螺旋结构的存在的必要条件。超过这些限制，密度响应倾向于“避免”在密度响应中保持较低螺距角所施加的潜力;在这种情况下，螺旋臂可以解释为瞬态特征，而不是持久的大尺度结构。在第二个限制，从相空间轨道的混沌行为的基础上研究，我们发现，对于俯仰角大于$\sim30°$，$\sim40°$和$\sim50°$的Sa，Sb和Sc星系，分别，混沌轨道占主导地位的周期轨道周围的螺旋臂，甚至摧毁他们的所有相空间的螺旋区域。这一结果似乎是在典型的孤立的正常螺旋星系的俯仰角的观测很好的协议。
2013-05-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
Caught in the act: Cluster `k+a' galaxies as a link between spirals and S0s
我们利用星系团AC 114中z ~ 0.31的13个盘状星系的积分场光谱，试图解开星系团中螺旋星系转变的物理过程。我们的样品被选择显示一个占主导地位的年轻恒星星族，在其综合光谱中的强H δ吸收线所示。我们的大多数星系缺乏[OII]发射线，因此正在进行恒星形成。因此，他们拥有'k+a'光谱，表明最近截断的恒星形成，可能之前的星暴。盘状“k+a”星系是从成星旋涡星系向被动S 0转变的中间阶段的一个有希望的候选者。我们的观测使我们能够研究星系内不同恒星星族的空间分布和运动学。我们使用了三个不同的指标来评估一个年轻的人口的存在：Hdelta的等效宽度，A星的亮度加权分数，和星系光的分数归因于简单的恒星星族与年龄在0.5和1.5 Gyr之间。我们发现了一种混合的行为，但能够表明，在大多数星系中，恒星形成的最后一幕发生在一个扩展的磁盘中，类似于前几代恒星，虽然有点集中。因此，我们排除核恒星爆发和剧烈的引力相互作用作为恒星形成截断的原因。温和的机制，如冲压压力剥离或弱的星系-星系相互作用，似乎是负责结束这些中等红移星系团盘星系的恒星形成。
2013-11-12 astro-ph.GA
Corotation of two quantized vortices coupled with collective modes in self-gravitating Bose-Einstein condensates
本研究通过数值模拟自引力BEC中两量子化涡旋的共转，发现其与集体模式耦合，旋转周期随初始位置线性增长，引力产生拖拽效应，且涡旋径向涨落与四极模式共振形成耗散机制。
2024-09-12 astro-ph.GA cond-mat.other
Evidence for the transformation from lenticular to spiral galaxies
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Beijing Normal University（北京师范大学）；Nanjing University（南京大学）；University of California, Riverside（加州大学河滨分校）；University of Massachusetts, Amherst（马萨诸塞大学阿默斯特分校）
该研究发现存在早型星系（尤其是透镜星系）周围重新组装出旋涡盘的反向演化路径，表明星系淬灭状态可逆转，为透镜星系向旋涡星系转变提供了证据。
2026-08-27 astro-ph.GA
Formation of spirals in early stage protoplanetary discs
Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP)（波茨坦莱布尼茨天体物理研究所）
研究早期稳定原行星盘中气体自引力如何触发螺旋结构生长，发现非轴对称扰动在非线性阶段迅速放大，形成主导的大尺度螺旋结构。
2026-03-24 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Spiral structures in gravito-turbulent gaseous disks
在缓慢辐射冷却的条件下，引力不稳定性可以驱动大质量气体盘中的小尺度湍流和大尺度螺旋臂。这些运动影响了观测到的盘的形态，其质量吸积率和可变性，并可以通过尘埃颗粒的集中，加工和碰撞破碎来控制行星形成的过程。本文研究了在给定冷却规律下薄气盘中的重力湍流及其螺旋结构。我们表征的形态，连贯性和传播的螺旋和检查时，流偏离粘性盘模型。我们使用有限体积程序Pluto将自引力流体动力学方程集成到三维球面几何中。气体在比轨道更长的时间尺度上被冷却，以触发引力不稳定性并维持湍流。我们运行了各种磁盘质量和冷却速率的模型。在所有考虑的情况下，湍流引力应力传输角动量向外的速率与粘性盘理论兼容。轨道能量的耗散通过螺旋密度尾流中的冲击发生，将盘加热回到边缘稳定的热平衡。这些尾流驱动垂直运动，并有助于混合物质从磁盘与其日冕。它们的形成和毁灭是间歇性的，它们几乎在每一个半径上都与气体共转。因此，大规模的螺旋臂没有表现出长期的全球一致性，能量热化基本上是一个局部过程。在没有径向子结构或潮汐强迫的情况下，并提供局部冷却定律，重力湍流减少到薄气体盘中的局部现象。
2021-03-30 astro-ph.EP astro-ph.GA
