Estrutura espiral da galáxia baseada no estudo de órbitas estelares

Propomos uma nova descrição, mais realista, para o potencial gravitacional perturbador das galáxias espirais. Esse potencial tem a forma de um poço com um perfil Gaussiano. O objetivo é encontrar uma descrição auto-consistente da estrutura espiral, ou seja, a perturbação inicialmente imposta no potencial gera, mediante as órbitas estelares, braços espirais com um perfil semelhante ao da perturbação aplicada. A auto-consistência é uma condição necessária para termos estruturas de longa duração.

            Utilizando este novo potencial perturbador investigamos as órbitas periódicas e não periódicas nos discos galácticos, bem como o efeito que algumas ressonâncias podem exercer sobre essas órbitas. Alguns dos modelos gerados foram baseados em nossa Galáxia, pois fazem uso do potencial axisimétrico calculado a partir da curva de rotação Galáctica, além de outros parâmetros de entrada semelhantes aos da nossa Galáxia. A influência da massa do bojo nas órbitas mais internas do disco também foi investigada.

            Através de uma análise cinemática, utilizando os aglomerados abertos, calculamos a velocidade do padrão espiral onde obtivemos um valor médio de 23 km s^-1 kpc^-1. A nova descrição do potencial oferece uma grande vantagem sobre as outras. Nela é possível controlar a largura do potencial, definida pelo parâmetro s. O contraste de densidade calculado entre os braços e a região inter-braços para Galáxia permite uma faixa de valores para a amplitude de pertubação de 400 à 800 km² s^-2 kpc^-1, implicando em uma razão máxima entre a força tangencial e a axisimétrica de aproximadamente 3% à 6%. Assumindo um contraste de 0.18 encontramos uma amplitude de perturbação de 600 km² s^-2 kpc^-1. Uma boa auto-consistência da forma dos braços foi obtida entre entre a ressonância interna de Lindblad (ILR) e a ressonância 4:1. Perto da ressonância 4:1 a densidade de resposta começa a se desviar do formato em espiral inicialmente imposto. Isto gera bifurcações que aparecem como segmentos de braços. Portanto, o desvio de uma espiral logarítmica perfeita, observado em muitas galáxias, pode ser entendido como um efeito natural da ressonância 4:1. Além dessa ressonância encontramos órbitas fechadas que assemelham-se com os braços observadas em nossa Galáxia. Fora da corrotação nenhum tipo de auto-consistência foi encontrada, sugerindo que a estrutura espiral não é capaz de se auto-manter além dessa ressonância. Em regiões próximas ao centro, órbitas estelares alongadas aparecem naturalmente na presença de um bojo massivo, sem que se imponha inicialmente qualquer forma de potencial do

tipo barra. A perturbação é descrita apenas por meio de uma pequena prolongação da espiral dos braços espirais para dentro da ILR. Isso sugere que a barra pode ser formada por um mecanismo semelhante ao dos braços espirais e seria uma seria uma consequência da existência dos mesmos.

            O potencial perturbador que adotamos representa um passo importante em direção à auto-consistência, se comparado as descrições anteriores do tipo senoidal. Além disso, o modelo produz uma descrição realista da estrutura espiral, que é capaz de explicar vários detalhes que ainda não foram compreendidos.