[论文解读] Galactic Bar/Spiral Arm Interactions in NGC3627

H. Beuther, Sharon E. Meidt+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 21, 2016

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 52被引用 13

一句话总结

本研究利用IRAM PdBI和30米望远镜获取的高分辨率CO(2-1)数据，调查NGC3627星系旋臂-棒状结构交界区域的分子气体动力学，发现多个速度成分与棒状结构和旋臂势场中气体轨道运动一致。结果支持棒结构延伸至科罗腾半径的模型，且轨道交叉处气体堆积可驱动强烈的恒星形成，为银河系W43微型星暴区提供了合理的河外类比。

ABSTRACT

Aims: To gain insight into the expected gas dynamics at the interface of the Galactic bar and spiral arms in our own Milky Way galaxy, we examine as an extragalactic counterpart the evidence for multiple distinct velocity components in the cold, dense molecular gas populating a comparable region at the end of the bar in the nearby galaxy NGC3627. Methods: We assemble a high resolution view of molecular gas kinematics traced by CO(2-1) emission and extract line-of-sight velocity profiles from regions of high and low gas velocity dispersion. Results: The high velocity dispersions arise with often double-peaked or multiple line-profiles. We compare the centroids of the different velocity components to expectations based on orbital dynamics in the presence of bar and spiral potential perturbations. A model of the region as the interface of two gas-populated orbits families supporting the bar and the independently rotating spiral arms provides an overall good match to the data. An extent of the bar to the corotation radius of the galaxy is favored. Conclusions: Using NGC3627 as an extragalactic example, we expect situations like this to favor strong star formation events such as observed in our own Milky Way since gas can pile up at the crossings between the orbit families. The relative motions of the material following these orbits is likely even more important for the build up of high density in the region. The surface densities in NGC3627 are also so high that shear at the bar end is unlikely to significantly weaken the star formation activity. We speculate that scenarios in which the bar and spiral rotate at two different pattern speeds may be the most favorable for intense star formation at such interfaces.

研究动机与目标

• 通过研究一个河外类比星系，理解银河系中棒状结构与旋臂之间气体动力学的机制。
• 解决银河系W43区域的模糊性问题，其中多个速度成分可能表示物理相互作用或偶然对齐。
• 确定NGC3627中观测到的速度成分是否源于与棒结构和旋臂势场相关的不同轨道族。
• 评估轨道交叉是否能解释棒-旋臂界面区域强烈的恒星形成活动。
• 评估相对运动与气体面密度在剪切效应下维持高恒星形成率的作用。

提出的方法

• 利用IRAM PdBI和30米望远镜获取高分辨率CO(2-1)发射数据，绘制NGC3627中分子气体动力学图。
• 从气体速度弥散度高和低的区域提取视线速度剖面，以识别多个光谱成分。
• 将观测到的速度成分建模为两种不同气体轨道族的结果：一种支持棒结构，另一种与独立旋转的旋臂相关。
• 将观测到的速度峰值和线轮廓与棒和旋臂势场扰动下的轨道动力学预测进行比较。
• 通过比较速度分离度和线宽与理论预期，评估云-云相互作用的可能性。
• 评估剪切效应与面密度在维持恒星形成效率方面的作用，尽管存在差异运动。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC3627的棒-旋臂界面区域分子气体中多个速度成分是否源于与棒结构和旋臂结构相关的不同轨道族？
• RQ2 观测到的动力学特征是否能通过棒与旋臂势场共同作用下的轨道动力学来解释，特别是当棒结构延伸至科罗腾半径时？
• RQ3 NGC3627中速度分离度与线宽与银河系W43区域相比如何？这对气体成分的物理关联性有何启示？
• RQ4 界面区域不同气流之间的相对运动在多大程度上导致气体压缩并增强恒星形成？
• RQ5 尽管观测到高表面密度，棒端的剪切效应是否足以破坏或抑制恒星形成？

主要发现

• 在NGC3627的棒-旋臂界面区域分子气体中检测到多个具有双峰或多重线轮廓的速度成分，表明动力学复杂。
• 观测到的速度成分与气体遵循与棒结构和独立旋转旋臂相关的不同轨道的动态模型高度吻合。
• 棒结构延伸至科罗腾半径的模型最符合观测到的速度峰值和线轮廓。
• NGC3627中成分间速度分离度（~50 km s⁻¹）和线宽（13CO的FWHM ~22.3 km s⁻¹）与银河系W43区域观测值相当。
• NGC3627中高气体面密度表明，剪切运动不太可能显著抑制界面区域的恒星形成活动。
• 结果支持气体在轨道交叉处因相对运动而堆积，从而触发强烈恒星形成的假设，为银河系W43微型星暴提供合理解释。