[論文レビュー] A First Look at Galaxy Flyby Interactions. II. Do Flybys matter?

Manodeep Sinha, Kelly Holley‐Bockelmann|arXiv (Cornell University)|May 29, 2015

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、宇宙論的シミュレーションを用いて、独立した銀河ハロー間の高速で衝突を伴わない相互作用（飛行通過）が、従来予想されたよりもはるかに一般的であることを示している。特に低赤方偏移（z ≤ 4）において顕著である。著者らは、飛行通過は個々に巨大なプライマリハローに弱い摂動しか引き起こさないが、その頻度が極めて高いことから、銀河進化に顕著な累積的効果を及ぼしており、特に10¹⁰ h⁻¹ M⊙以上のハローでは顕著である。

ABSTRACT

In the second paper of this series, we present results from cosmological simulations on the demographics of flyby interactions to gauge their potential impact on galaxy evolution. In a previous paper, we demonstrated that flybys -- an interaction where two independent halos inter-penetrate but detach at a later time and do not merge -- occur much more frequently than previously believed. In particular, we found that the frequency of flybys increases at low redshift and is comparable to or even greater than the frequency of mergers for halos $\gtrsim 10^{11} M_\odot/h$. In this paper, we classify flybys according to their orbits and the level of perturbation exacted on both the halos involved. We find that the majority of flybys penetrate deeper than $\sim R_{half}$ of the primary and have an initial relative speed $\sim 1.6 imes V_{vir}$ of the primary. The typical flyby mass-ratio is $\sim 0.1$ at high $z$ for all halos, while at low $z$, massive primary halos undergo flybys with small secondary halos. We estimate the perturbation from the flyby on both the primary and the secondary and find that a typical flyby is mostly non-perturbative for the primary halo. However, since a massive primary experiences so many flybys at any given time, they are nearly continually a victim of a perturbative event. In particular, we find flybys that cause $\sim 1\%$ change in the binding energy of a primary halo occurs $\gtrsim 1 $ Gyr$^{-1}$ for halos $> 10^{10} M_\odot/h$ for $z \lesssim 4$. Secondary halos, on the other hand, are highly perturbed by the typical encounter, experiencing a change in binding energy of nearly order unity. Our results imply that flybys can drive a significant part of galaxy transformation at moderate to lower redshifts ($z \lesssim 4$). We touch on implications for observational surveys, mass-to-light ratios, and galaxy assembly bias.

研究の動機と目的

• 宇宙論的シミュレーションにおける銀河飛行通過の頻度と人口統計的特性を定量化し、合体がハロー相互作用を支配するとする仮定に疑問を呈すること。
• これまで軽視されてきた飛行通過が、銀河ハローに顕著な摂動を引き起こす可能性があり、銀河進化に影響を与えるかどうかを評価すること。
• 軌道パラメータと摂動強度に基づいて飛行通過を分類し、プライマリおよびセカンドリハローの反応を区別すること。
• 特に巨大銀河に対して、時間経過に伴うハロー束縛エネルギーへの飛行通過の累積的影響を評価すること。
• 観測的含意、特に質量光度比や銀河集積バイアスの観点から検討すること。

提案手法

• 著者らは、宇宙論的シミュレーション内でのダークマターハローの動的歴史を追跡可能なハロー相互作用ネットワークを開発し、合体と飛行通過の両方を特定可能とした。
• 飛行通過は、2つのハローが重なり合うが合体しない相互作用と定義され、時間経過に伴う距離と速度が追跡された。
• 摂動強度は、VW00（2000）の経験的フィットを用いて定量化され、プライマリおよびセカンドリハローの束縛エネルギーの変化（ΔE/E）が推定された。
• インパulse近似が適用され、延長された摂動源には距離依存係数f(b)を導入し、共鳴効果は経験的補正により補正された。
• VW00の内部および外部フィットを組み合わせ、影響パラメータを半質量半径でスケーリングしたインパクトパラメータに基づく滑らかな遷移関数を用いて、プライマリハローのΔE/Eに対する連続的フィットを構築した。
• 赤方偏移z ≤ 4およびハロー質量>10¹⁰ h⁻¹ M⊙の範囲で、飛行通過の頻度と摂動レベルの統計的分析が実施された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 宇宙論的シミュレーションにおいて、特に低赤方偏移において飛行通過が合体に比べてどの程度頻発するか？
• RQ2 巨大ハローを含む飛行通過の典型的な軌道パラメータ（例えば、貫通深さ、相対速度）は何か？
• RQ3 飛行通過がプライマリおよびセカンドリハローの束縛エネルギーに及ぼす摂動の程度は何か？質量比およびインパクトパラメータに依存するか？
• RQ4 時間経過に伴い、巨大ハローに対して顕著な摂動（例：ΔE/E ≥ 1%）を引き起こす飛行通過の累積頻度はどの程度か？
• RQ5 合体を必要とせずに、飛行通過が観測された銀河変換（例：S0銀河の形態変化やHI欠乏）を説明できるか？

主な発見

• 赤方偏移z < 2のハロー（≥10¹¹ h⁻¹ M⊙）において、飛行通過は合体を上回る頻度で発生しており、ハロー相互作用の支配的要因が合体であるという仮定に疑問を呈する。
• 飛行通過の大多数は、プライマリハローの約R_halfより深い位置まで貫通しており、初期相対速度はプライマリのV_virの約1.6倍である。
• 典型的な飛行通過はプライマリハローに弱い摂動（ΔE/E ∼ 10⁻⁴）しか引き起こさないが、その頻度が極めて高いことから、z ≤ 4の巨大ハローは1ギガ年あたり少なくとも1回の顕著な摂動を受ける。
• セカンドリハローは飛行通過によって強く摂動を受けており、束縛エネルギーの変化が1次オーダーに達しており、構造的および運動論的破壊を示唆している。
• z ≤ 4のハロー（>10¹⁰ h⁻¹ M⊙）において、プライマリハローの束縛エネルギーに1%以上の変化を引き起こす飛行通過は1ギガ年あたり1回以上発生しており、継続的な累積的効果が生じている。
• 結果から、飛行通過は中程度から低赤方偏移（z ≤ 4）の銀河進化において重要な役割を果たしており、特に形態的変化や事前処理（pre-processing）を駆動している可能性が示唆される。