[論文レビュー] Bars & boxy/peanut bulges in thin & thick discs: I. Morphology and $los$ velocities of a fiducial model

Francesca Fragkoudi, P. Di Matteo+5 more|arXiv (Cornell University)|Apr 3, 2017

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 2被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、N体シミュレーションを用いて、ばりん付き銀河における薄い円盤成分と厚い円盤成分の、棒-箱型/ピーナッツ（b/p）バルジ内での形態的特徴と線距離速度（los）の違いを調査する。その結果、薄い円盤星は、顕著なX字型b/pバルジを持つより強い、より伸びた棒を形成するのに対し、厚い円盤星は弱く、箱型のb/p構造を形成することが判明した。特に、軌道的ダイナミクスと角運動量の損失の違いにより、厚い円盤のb/p領域におけるlos速度は、薄い円盤のものよりも最大40%も上回ることが分かった。

ABSTRACT

We explore trends in the morphology and line-of-sight (los) velocity of stellar populations in the inner regions of disc galaxies, using N-body simulations with both a thin (kinematically cold) and a thick (kinematically hot) disc which form a bar and boxy/peanut (b/p) bulge. The bar in the thin disc component is $\sim$50\% stronger than the thick disc bar and is more elongated, with an axis ratio almost half that of the thick disc bar. The thin disc b/p bulge has a pronounced X-shape, while the thick disc b/p is weaker with a rather boxy shape. This leads to the signature of the b/p bulge in the thick disc to be weaker and further away from the plane than in the thin disc. Regarding the kinematics, we find that the los velocity of thick disc stars in the outer parts of the b/p bulge can be \emph{larger} than that of thin disc stars, by up to 40\% and 20\% for side-on and Milky Way-like orientations of the bar respectively. This is due to the different orbits followed by thin and thick disc stars in the bar-b/p region, which are affected by the fact that: i) thin disc stars are trapped more efficiently in the bar - b/p instability and thus lose more angular momentum than their thick disc counterparts and ii) thick disc stars have large radial excursions and therefore stars from large radii with high angular momenta can be found in the bar region. We also find that the difference between the los velocities of the thin and thick disc in the b/p bulge ($\Delta v_{los}$) correlates with the initial difference between the radial velocity dispersions of the two discs ($\Delta \sigma$) . We therefore conclude that stars in the bar - b/p bulge will have considerably different morphologies and kinematics depending on the kinematic properties of the disc population they originate from.

研究の動機と目的

• 銀河の円盤星の運動的性質が、棒-箱型/ピーナッツ（b/p）バルジの形態的および運動的特徴に与える影響を理解すること。
• 運動的に冷たい（kinematically cold）薄い円盤と運動的に高温（kinematically hot）な厚い円盤成分との間で、棒の強さ、形状、およびb/p構造の違いを調査すること。
• b/pバルジ領域における薄い円盤と厚い円盤の星の線距離速度（los）の違いを分析すること。
• 軌道的ダイナミクスと角運動量の変化が、観測された運動的差異をどのように形成するかを調査すること。

提案手法

• N体シミュレーションを用いて、運動的に冷たい（kinematically cold）薄い円盤と運動的に高温（kinematically hot）な厚い円盤を有する銀河をモデル化し、棒とb/pバルジの形成を再現する。
• シミュレーションは、内側領域における星の集団の進化を追跡し、形態的特徴と線距離速度（los）プロファイルに注目する。
• 棒の強さと軸比を、薄い円盤および厚い円盤成分それぞれについて測定し、構造的特徴を比較する。
• X字型と箱型の形態的特徴を、それぞれの円盤成分について別々に定量化する。
• b/p領域の星の線距離速度を、さまざまな観測角度（側面およびミルキーウェイに類似した向き）を考慮して計算する。
• 初期の半径方向速度分散の差（Δσ）と、線距離速度の差（Δvlos）の相関関係を分析し、運動的依存性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 シミュレートされたばりん付き銀河において、薄い円盤成分と厚い円盤成分の、棒-箱型/ピーナッツ（b/p）バルジの形態的特徴はどのように異なるか？
• RQ2 厚い円盤星のb/pバルジにおける線距離速度（los）が、薄い円盤星のそれよりも上回る原因は何か？その差はどの程度か？
• RQ3 特に角運動量の変化に注目したとき、薄い円盤星と厚い円盤星の軌道的ダイナミクスは、b/p領域における観測された運動的差異をどのように形成するか？
• RQ4 初期の速度分散の差（Δσ）が、b/pバルジにおける観測された線距離速度差（Δvlos）とどの程度相関しているか？

主な発見

• 薄い円盤の棒は、厚い円盤の棒よりも約50%強く、より伸びており、軸比も厚い円盤の棒の半分近くに達する。
• 薄い円盤のb/pバルジは顕著なX字型を示すが、厚い円盤のb/pは弱く、より箱型の形態的特徴を示す。
• 厚い円盤のb/pの特徴は弱く、銀河平面からもはるかに離れた位置に位置している。
• b/pバルジの外縁部では、側面からの観測では厚い円盤星のlos速度が薄い円盤星のものよりも最大40%上回り、ミルキーウェイに類似した向きでは20%上回る。
• 両円盤間のlos速度差（Δvlos）は、初期の半径方向速度分散の差（Δσ）と相関している。
• 棒-b/p領域の星は、異なる軌道的挙動を示す：薄い円盤星はより多くの角運動量を失い、棒に効率的に捕らえられる一方、厚い円盤星はより大きな半径方向の振動を示し、大きな半径から来ている角運動量の高い星が棒領域に到達する。