[论文解读] Molecular gas in the barred spiral M100 - II. 12 CO(1-0) interferometer observations and numerical simulations

S. García‐Burillo, M. J. Sempere+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 2, 1998

Spectroscopy and Laser Applications参考文献 1被引用 4

一句话总结

本研究通过高分辨率12CO(1-0)干涉仪观测了棒旋星系M100，揭示了分子气体中从核棒两端延伸出的双臂螺旋结构。数值模拟表明，气体动力学最合理的解释是存在一个快速旋转的核棒（160 km/s/kpc），其与较慢的外棒解耦，各自的同心圆半径分别为1.2 kpc和8–9 kpc，表明存在强烈的流体运动及陡峭的旋转曲线。

ABSTRACT

Using the IRAM interferometer we have mapped at high resolution (2"x1") the 12CO(1-0) emission in the nucleus of the doubled barred SABbc spiral M100. Molecular gas is distributed in a two spiral arm structure starting from the end points of the nuclear bar (r=600 pc) and a central source. The kinematics of the gas indicates the existence of a steep rotation curve (180 km/s at 100 pc) and strong streaming motions characteristic of a trailing spiral wave inside corotation. Gas flow simulations analyse the gas response to a gravitational potential derived from the K-band plate, including the two nested bars. We develop two families of models: first, a single pattern speed solution shared by the outer bar+spiral and by the nuclear bar, and secondly, a two independent bars solution, where the nuclear bar is dynamically decoupled and rotates faster than the primary bar. We found the best fit solution consisting of a fast pattern (160 km/s/kpc) for the nuclear bar (with corotation at 1.2 kpc) decoupled from the slow pattern of the outer bar+spiral (23 km/s/kpc, with corotation at 8-9 kpc).

研究动机与目标

• 利用高分辨率干涉仪观测，理解棒旋星系M100中分子气体的分布与运动学特征。
• 研究嵌套棒结构的引力势如何影响气体流动与螺旋结构的形成。
• 确定核棒与外棒是否具有相同的图案速度，或是否独立旋转。
• 通过将数值模型与观测到的气体运动学进行对比，识别出最佳匹配的动力学构型。
• 利用气体流体运动与旋转曲线，约束两个棒的图案速度与同心圆半径。

提出的方法

• 使用IRAM阵列进行高分辨率（2"×1"）12CO(1-0)干涉仪观测，绘制M100星系核区分子气体的分布。
• 基于星系的K波段光度数据，推导引力势，包括外棒与核棒。
• 通过两类模型家族进行气体流动模拟：一类为两个棒共享单一图案速度，另一类为独立、解耦的图案速度。
• 模拟气体对引力势的响应，重点关注同心圆以内流体运动与螺旋波动力学。
• 通过将模拟的气体运动学与形态与实际的12CO(1-0)观测数据进行比较，完成模型拟合。
• 调整图案速度与同心圆半径，使其与观测到的旋转曲线和流体运动相匹配。

实验结果

研究问题

• RQ1 棒旋星系M100中心区域的分子气体在空间上如何分布，其运动学结构如何？
• RQ2 外棒与核棒的引力势如何影响观测到的气体形态与运动学特征？
• RQ3 核棒在动力学上是否与外棒耦合，还是以不同的图案速度独立旋转？
• RQ4 能够重现观测到的气体动力学的两个棒的最佳图案速度与同心圆半径是多少？
• RQ5 流体运动与旋转曲线在多大程度上支持了同心圆以内存在螺旋波的结论？

主要发现

• 分子气体在核棒末端以600 pc的半径形成双臂螺旋结构。
• 气体表现出强烈的流体运动，表明在同心圆以内存在一个滞后螺旋波。
• 观测到陡峭的旋转曲线，半径为100 pc处的速度为180 km/s。
• 最佳拟合模型显示，核棒具有160 km/s/kpc的图案速度，同心圆半径为1.2 kpc。
• 外棒+螺旋系统具有较慢的图案速度23 km/s/kpc，同心圆半径为8–9 kpc。
• 核棒在动力学上与外棒解耦，无共同图案速度的证据。