银河系的非等温垂直分布函数

《Monthly Notices of the Royal Astronomical Society》：Non-isothermal vertical distribution functions for the Milky Way

　　

摘要

我们银河系的垂直结构通常被认为遵循一个伪等温分布。然而，没有充分的依据表明这种分布形式是由巨分子云（GMCs）的 scattering 产生的，因为巨分子云局限于银河系中心平面附近的狭窄区域，因此它们并不会在垂直相空间中均匀地随机分布恒星。我们首先提出了一个简单的统计论据，以推导出一个新的垂直分布函数（DF）。在巨分子云分布极薄的极限情况下，这个函数包含一个额外的因子 J_z^?α（其中 α > 0，并且随不同势能而变化）。基于此，我们重新审视了基于两体散射机制的垂直加热扩散系数，这些模型考虑了更现实的巨分子云分布情况。结果表明，扩散系数在 v_z 方向上具有很强的非线性，尤其是在相对速度较低时，这种非线性更为显著——因为此时微弱、局部的星际相互作用作用范围可能会变得非常小。我们确定了静态解，并数值求解了具有时变系数的轨道平均福克-普朗克方程（Fokker–Planck equation）。无论哪种情况，我们都发现实际的垂直运动分布都与伪等温分布不同，并提出了一类新的垂直分布函数，这些函数能够概括伪等温分布的形式。我们发现导致非等温性的两个主要因素是：(i) 巨分子云分布主要集中在银河系中心平面附近；(ii) 库仑对数（Λ）在低速度下强烈依赖于速度，不能被视为一常数，这与通常的假设相反。