[論文レビュー] 3D test particle simulations of the Galactic disks. The kinematical effects of the bar

G. Monari, T. Antoja+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 11, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、現実的な銀河ポテンシャルにおける3次元テスト粒子シミュレーションを用いて、回転するバーが薄いディスクおよび厚いディスクにどのように運動学的構造を印加するかを調査している。バーに起因する共鳴が、薄いディスクではz ~ 1 kpcまで、厚いディスクではz ~ 2 kpcまで、顕著で長期間にわたる速度構造を生じさせることを明らかにした。これは、バーの効果が太陽系近辺をはるかに超えて、垂直方向に振動する軌道に対しても検出可能であることを示している。

ABSTRACT

Aims: To study the imprints of a rotating bar on the kinematics of stars in the thin and thick disks throughout the Galaxy. Methods: We perform test particle numerical simulations of the thin and thick disks in a 3D Galactic potential that includes a halo, a bulge, thin and thick disks, and a Ferrers bar. We analyze the resulting velocity distributions of populations corresponding to both disks, for different positions in the Galaxy and for different structural parameters of the bar. Results: We find that the velocity distributions of the disks are affected by the bar, and that strong transient effects are present for approximately 10 bar rotations after this is introduced adiabatically. On long (more realistic) timescales, the effects of the bar are strong on the kinematics of thin disk stars, and weaker on those in the thick disk, but in any case significant. Furthermore, we find that it is possible to trace the imprints of the bar also vertically and at least up to z ~ 1 kpc for the thin disk and z ~ 2 kpc for the thick disk.

研究の動機と目的

• 回転する銀河バーが薄いディスクおよび厚いディスクの星に及ぼす長期的な運動学的効果を調査すること。
• バーに起因する共鳴が、銀河平面から遠く離れた領域、特に垂直方向に振動する軌道に対しても観測可能な速度構造を生じうるかどうかを特定すること。
• 厚いディスクにおける運動学的特徴がバー由来のものであるか、それとも吸収イベント由来のものであるかを区別すること。
• より現実的なシミュレーションを実現するため、2次元シミュレーションの限界を克服し、3次元、有限体積サンプリング、および長時間の積分を用いること。

提案手法

• ホール、バルジ、薄いディスクおよび厚いディスク、およびFerrersバーを含む3次元銀河ポテンシャルにおいて、テスト粒子シミュレーションを実施している。
• 初期条件は、それぞれの薄いディスクおよび厚いディスクの星の集団を表す位相空間分布関数から抽出されている。
• 数値的精度を確保するため、可変ステップサイズのBulirsch-Stoer積分法を用いて軌道を積分している。
• 観測条件を模倣するため、局所的な空間的体積（有限な広がり）における速度分布を分析しており、点状のサンプリングではなく、観測的条件に近い形で処理している。
• バーの長期的・定常的効果を評価するため、最大約3 Gyrのシミュレーションを実行している。
• バーは断熱的に導入されており、シミュレーション時間スケールにおいてパターン速度は一定と仮定されている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河バーは、大きな垂直高さにまで達する厚いディスクの星の速度分布に運動学的構造を生じうるか？
• RQ2 3次元位相空間において、バーの運動学的インプリントは、薄いディスクと厚いディスクでどのように異なるか？
• RQ3 バーの形成後10回分のバー回転経過後、一時的なバー効果が速度分布に検出可能であるか、そして長期間にわたりどのように進化するか？
• RQ4 ヘッカレス・ストリームやアクルトゥルス・ストリームと呼ばれる観測された運動学的グループは、バーに起因する共鳴によって説明可能か、特に大きな垂直振動を持つ星に対しても成立するか？
• RQ5 バーに起因する共鳴が、薄いディスクの星と比較して、厚いディスクの星に及ぼす影響の程度はどの程度か？

主な発見

• バーは、バー形成後何ギガ年にもわたって持続する顕著な運動学的構造を薄いディスクに引き起こしている。
• 垂直方向に大きな振動を持つ星に対しても、バーに起因する運動学的インプリントは、薄いディスクではz ~ 1 kpcまで、厚いディスクではz ~ 2 kpcまで検出可能である。
• 断熱的バー形成後、約10バー回転周期にわたり一時的効果が顕著に現れるが、長期的効果も依然として顕著である。
• ヘッカレス・ストリームに類似した構造がシミュレーションで再現されており、これはバーに起因する外部リンブレッド共鳴（Outer Lindblad Resonance）に起因する可能性を支持している。
• 長時間積分した結果、アクルトゥルス・ストリームは出現しなかったため、これはバーのインプリントではない可能性が示唆される。ただし、バーが非常に若いか、初期条件が調整されていなければ、バー由来とは考えにくい。
• 結果から、バーとスパイラルアームによる定常的進化が、吸収イベントのみに起因するものよりも、厚いディスクの位相空間構造を顕著に変化させた可能性が示唆される。