[論文レビュー] Age distribution of stars in boxy/peanut/X-shaped bulges formed without bar buckling

Junichi Baba, Daisuke Kawata+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 19, 2021

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 103被引用数 15

ひとこと要約

本研究では、バーバッキングを伴わない垂直内リンブレッド共振（vILR）加熱によって形成される箱型/ペナント/Ｘ字型（BPX）バルジが、バーバー形成以前に形成された星によって支配されていることを、はくちゅう銀河に似た銀河のN体/流体力学的シミュレーションを用いて示した。バーバー形成後に形成された星は、ジャコビエネルギーが高く、vILRに到達できず、BPXバルジが形成されない。その結果、BPXバルジと若年性の核境界星盤（NSD）の間に明確な年齢ギャップが生じる。

ABSTRACT

Some barred galaxies, including the Milky Way, host a boxy/peanut/X-shaped bulge (BPX-shaped bulge). Previous studies suggested that the BPX-shaped bulge can either be developed by bar buckling or by vertical inner Lindblad resonance (vILR) heating without buckling. In this paper, we study the observable consequence of an BPX-shaped bulge built up quickly after bar formation via vILR heating without buckling, using an N-body/hydrodynamics simulation of an isolated Milky Way-like galaxy. We found that the BPX-shaped bulge is dominated by stars born prior to bar formation. This is because the bar suppresses star formation, except for the nuclear stellar disc (NSD) region and its tips. The stars formed near the bar ends have higher Jacobi energy, and when these stars lose their angular momentum, their non-circular energy increases to conserve Jacobi energy. This prevents them from reaching the vILR to be heated to the BPX region. By contrast, the NSD forms after the bar formation. From this simulation and general considerations, we expect that the age distributions of the NSD and BPX-shaped bulge formed without bar buckling do not overlap each other. Then, the transition age between these components betrays the formation time of the bar, and is testable in future observations of the Milky Way and extra-galactic barred galaxies.

研究の動機と目的

• バーバッキングを伴わないvILR加熱によって形成されるBPX形状バルジ内の星の年齢分布を調査すること。
• バーバー形成後に形成された星が、vILR加熱によってバーバッキングなしにBPXバルジを占めるかどうかを特定すること。
• バーバー誘導による星形成の抑制が、BPXバルジと核境界星盤（NSD）の間の年齢分布の違いを生じるという仮説を検証すること。
• BPXバルジとNSDの間の遷移年齢を、バーバー形成時刻の診断指標として特定すること。
• この年齢ギャップが、のちの観測で観測可能かどうかを評価すること。

提案手法

• 自己一貫的な星形成とガス力学を伴う孤立したはくちゅう銀河に類似した銀河のN体/流体力学的シミュレーションを実施した。
• 星形成時刻と軌道エネルギー（ジャコビエネルギー）を追跡し、バーバー形成後の星がvILR領域に到達できるかどうかを評価した。
• バーバーに対する相対的回転方向を分類するため、(Ωφ − Ωb)/Ωz などの軌道診断を用いた。
• ジャコビエネルギー（EJ）を計算し、軸対称場における円軌道エネルギー（Ec）と比較することで、非円軌道を特定した。
• vILRの位置を、軸対称場近似においてAGAMAソフトウェアを用いて同定した。
• 時間経過に伴う軌道の進化と加熱を追跡するため、(Lz, E)位相空間における星の分布を解析した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 バーバッキングを伴わないvILR加熱によって、バーバー形成後に形成された星がBPX形状バルジを占めることができるか？
• RQ2 バーバーのバッキングなしにvILR加熱によって形成されたBPX形状バルジ内の星の年齢分布はどのように変化するか？
• RQ3 バーバー誘導による星形成の抑制が、BPXバルジと核境界星盤（NSD）の間の年齢対比に与える影響は何か？
• RQ4 BPXバルジとNSDの間の遷移年齢を、バーバー形成期を推定するための指標として利用できるか？
• RQ5 バーバー形成後の星がvILRに到達できず、BPXバルジに参加できないのを防ぐ軌道的特徴は何か？

主な発見

• バーバーの形成以前に形成された星によって、BPX形状バルジが支配的である。これは、バーバーがその大部分の領域で星形成を抑制するためである。
• バーバーの端付近で形成された星は、ジャコビエネルギーが高いため、エネルギー保存則に従い、vILR領域に加熱されない。
• 核境界星盤（NSD）はバーバー形成後に形成され、BPXバルジとは明確に異なる若年性の星の集団を形成する。
• BPX形状バルジとNSDの年齢分布は重複せず、両者の間に明確な年齢ギャップが生じる。
• 両者の間の遷移年齢は、バーバーの形成時刻を示しており、将来的な観測で測定可能である可能性がある。
• この年齢ギャップは、人工的なバッキング抑制を施さないシミュレーションでも安定しており、将来的な近赤外分光およびアストロメトリのミッション（APOGEEやJASMINEなど）で観測可能である。