German Title: Stellare Dynamik der äußeren Galaktischen Scheibe unter dem Einfluss eines zentralen Balkens

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Abstract

In this work, we investigate the possible influence of a central bar in a disk galaxy on the velocity distribution in the outer stellar disk, which is thought to arise mostly via resonant phenomena. For this, we numerically integrate orbits of a large number of sample points in a 2D model potential consisting of a rotating bar component in an axisymmetric background. Central to our analysis is the construction of the first and second moments of the velocity distribution in their spatial variability. From these, other important quantities like Oort constants, dispersion axis ratio and vertex deviation can be deduced. For the latter, we predict non-vanishing values for a large number of kinematical configurations. Regarding the axis ratio, we are able to obtain values smaller than 1/2, in agreement with observations in the solar neighbourhood which are hitherto unexplained by theory. All our results are consistent with a proposed position of the Sun lying shortly outside of the co-rotation radius and lagging behind the bar by around 30 degree. We repeat part of our analysis for model potentials including spiral structure, in order to estimate how much our results will be affected by this. It turns out that in many cases our bar-induced features continue to prevail, whereas the extent of the spiral effects is seen to depend particularly on pitch angle, which for the case of the Milky Way is very poorly constrained.

Translation of abstract (German)

In dieser Arbeit wird der mögliche Einfluss eines zentralen Balkens einer Scheibengalaxie auf die Geschwindigkeitsverteilung der Sterne in den äußeren Bereichen der Scheibe untersucht, wie er insbesondere durch Resonanzphänomene zustande kommen sollte. Dazu führen wir numerische Orbit-Integrationen einer großen Zahl von Testteilchen in einem zweidimensionalen Potentialmodell durch, das aus einer rotierenden Balkenkomponente und einem axialsymmetrischen Hintergrundpotential besteht. Mittelpunkt unserer Analyse ist die Konstruktion der ersten und zweiten Momente der Geschwindigkeitsverteilung in ihrer örtlichen Abhängigkeit. Daraus können andere wichtige Größen wie die Oort-Konstanten, das Achsenverhältnis der Geschwindigkeitsdispersion und die Vertex-Deviation bestimmt werden. Für die letztere ergeben sich in einer Vielzahl von kinematischen Konfigurationen nichtverschwindende Werte. Bezüglich des Dispersions-Achsenverhältnisses können wir in geeigneten Fällen auch Werte kleiner als 1/2 erhalten, wie sie aus Beobachtungen in der Sonnenumgebung erschlossen wurden, bisher aber von der Theorie nicht erklärt werden können. Unsere Ergebnisse sind stets verträglich mit der vermuteten relativen Lage der Sonne zum Balken, dass diese nämlich sich knapp außerhalb des Korotationsradius befinde und etwa 30 Grad hinter dem Balken her laufe. Teile unserer Untersuchungen werden wiederholt für Potentialmodelle, die auch ein Spiralmuster einschließen, um eine Einschätzung dafür zu gewinnen, wie weit unsere Ergebnisse davon modifiziert werden. Es zeigt sich, dass zwar in vielen Fällen die von uns gefundenen Balken-Effekte vorherrschend bleiben, dass aber die Auswirkungen des Spiralpotentials vor allem von dessen Anstellwinkel abhängen. Dieser ist im Falle der Milchstraße nur sehr ungenau bekannt.