Doutorado: Interação da matéria interestelar com os braços espirais

 

O papel dos braços espirais na evolução secular de galáxias não é completamente compreendido. Em especial, ainda não se sabe como certas estruturas são formadas no raio da corrotação, como o mínimo de formação estelar e a distribuição bimodal de metalicidade entre o disco interno e externo a esse raio. Tais problemas são ligados a interação do gás interestelar com o potencial gravitacional do padrão espiral.

Com o objetivo de entender como essa interação acontece, desenvolvemos uma série de simulações hidrodinâmicas, em 2 dimensões, da interação do gás presente no disco galáctico, considerado isotérmico e homogêneo, com o braço espiral, onde o braço é representado por uma perturbação gaussiana ao potencial gravitacional. Em particular, estamos interessados na forma como o gás pode perder momento angular para a componente estelar e a subsequente geração de fluxos dentro dos braços.

Nossas simulações dependem de um conjunto de 5 parâmetros: a velocidade inicial do gás, a abertura dos braços, representada pelo pitch angle, a largura do potencial, a amplitude do potencial e da capacidade térmica do gás. Note que esses parâmetros representam dois conjuntos de simulações. O primeiro apresenta na variações no pitch angle e amplitude do potencial sem dependência com o raio. O segundo apresenta variações na capacidade térmica, na amplitude, usando um perfil de decaimento exponencial, na largura do potencial e na capacidade térmica. Evoluimos nossos modelos por 3.0 Ganos. 

Choques são formados durante a passagem do gás pelo potencial e são bem descritos por nossas simulações. Podemos ver que a componente da velocidade do gás perpendicular ao braço é drasticamente diminuída quando o choque ocorre, enquanto sua componente paralela não sofre qualquer variação, indicando que o gás perde momento angular durante a sua passagem, fluindo ao longo dos braços. 

Observamos também que a densidade do gás aumenta fortemente dentro do braço, por um fator da ordem de 100, desde de seu valor inicial de 10 cm-3 até pelo menos 103 cm-3, em todas as simulações em que o gás é capturado pelo potencial. A densidade também é correlacionada com o raio galáctico, aumentando quando nos afastamos do raio da corrotação. O mesmo aumento é observado para braços mais abertos. A correlação da densidade com o raio galáctico implica na presença de um mínimo de gás na corrotação, já medido na literatura.