Cinque casi semplificati:
Un componente alla volta

Cinque geometrie, cinque firme di rotazione distintive

Per la stessa massa totale ($10^{10}\,M_\odot$ per i componenti stellari, $1,33 \times 10^{9}\,M_\odot$ per il caso del gas) e la stessa dimensione del disco di riferimento $R_d = 2$ kpc:

Il bulge da solo raggiunge un picco di $V ´circa 127$ km/s vicino a $R = 1$ kpc e diminuisce bruscamente – la firma più concentrata al centro.

Il disco sottile, da solo, raggiunge $V \code(01)\212$ km/s a $R = 8$-$10$ kpc e poi rimane più o meno piatto.

Il disco spesso da solo raggiunge un $V ˝circa 208˝ km/s simile, ma più lentamente, con il massimo spostato verso raggi maggiori.

L’anello di gas da solo, che trasporta solo il $sim 13\%$ della scala di massa stellare, raggiunge un picco di $V ´circa 60$ km/s – modesto ma esteso.

I bracci a spirale da soli (eccesso di massa del 10% con un kernel più stretto) producono una curva molto simile al disco sottile, ma leggermente più ripida a $R$ intermedio e in calo più rapido a $R$ grande.

Il bulge produce un forte aumento di velocità: da $V_testo{tot} \circa 117$ km/s a $R = 0,5$ kpc al suo massimo $V \approssimativamente 127$ km/s a $R = 1$ kpc, poi diminuisce costantemente. Il campo d’onda si satura entro $R ´circa 5$ kpc – oltre questo valore, $M_testo{onda}$ smette di crescere. Questa è la firma di una distribuzione 3D con una lunghezza di coerenza molto breve ($ell_b = 0,41$ kpc): il campo è intenso a breve distanza e soppresso esponenzialmente oltre. I bulge puri non possono mantenere curve di rotazione piatte; hanno bisogno di compagni su scala disco.

Il disco sottile produce la curva di rotazione più estesa: aumenta dolcemente da $V \circa 100$ km/s a $R = 1$ kpc fino a $\sim 212$ km/s a $R = 8$ kpc, per poi rimanere piatta fino a $R = 15$ kpc. La massa del campo d’onda continua a crescere costantemente, perché $\ell_testo{sottile} = 6,34$ kpc consente la coerenza sull’intero disco. Questa è la componente dominante per la maggior parte delle galassie a disco, che produce la caratteristica firma della curva di rotazione piatta.

Con la stessa massa totale distribuita su una scala più grande di $50\\\code(0144)%, il disco spesso produce una curva che sale più lentamente e raggiunge un picco leggermente inferiore ($V \\code(0144)% circa 208$ km/s a $R = 10$ kpc). La maggiore lunghezza di coerenza $ell_text{thick} = 9,51$ kpc mantiene il campo d’onda attivo fino a raggi maggiori – la curva diminuisce in modo quasi impercettibile tra $R = 10$ e $R = 15$ kpc. In una galassia reale, il disco denso trasporta solo $sim 25\%$ della massa stellare, quindi il suo contributo è modulato in modo corrispondente.

Nonostante trasporti solo il 13%$ della scala di massa stellare dei casi 1-3, l’anello di gas produce un contributo di rotazione misurabile: $V ´circa 60$ km/s a grande $R$. La curva sale dolcemente (non c’è un picco centrale – il buco centrale sopprime il contributo interno) e continua a salire fino ai raggi più grandi, grazie alla lunga coerenza $\ell_testo{gas} = 10,78$ kpc. La componente del gas è fondamentale per modellare la curva di rotazione esterna, in particolare nelle galassie ricche di gas, dove può rappresentare una frazione sostanziale del campo d’onda totale.

La componente del braccio a spirale condivide la geometria del disco sottile, ma con un kernel più stretto $\ell_testo{arm} = 4,0$ kpc. Il risultato è una curva di rotazione molto simile a quella del disco sottile a $R \lesssim 6$ kpc – leggermente meno efficiente a basso $R$, altrettanto efficiente a $R$ intermedio – ma che diminuisce sensibilmente più velocemente a $R > 10$ kpc. La minore lunghezza di coerenza riflette la concentrazione azimutale dei bracci: generano forti campi d’onda locali, ma non possono mantenere la coerenza sull’intera estensione del disco. In una galassia reale, i bracci trasportano solo il $10\code(01)%$ della massa del disco sottile, quindi il loro contributo è piccolo ma distintivo.