[論文レビュー] Caught in the rhythm: how satellites settle into a plane around their central galaxy

Charlotte Welker, Yohan Dubois+3 more|Oxford University Research Archive (ORA) (University of Oxford)|Dec 1, 2015

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 13被引用数 17

ひとこと要約

Horizon-AGN 宇宙論的流体力学シミュレーションを用いて、本研究では、衛星銀河が中心銀河の平面と整列する主な要因が中心銀河からの重力的トルクであることが明らかになった。一方、ハローの外縁部では、宇宙網の近隣フィラメントへの初期整列が支配的である。主な発見は、フィラメント内に存在する青い衛星銀河が降下する過程で軌道を銀河平面へと曲げ、ハロー内部に到達すると赤くなり、共面的となることである。これは潮汐相互作用と角運動量の交換によって駆動される。

ABSTRACT

Using the cosmological hydrodynamics simulation Horizon-AGN, we investigate the spatial distribution of satellite galaxies relative to their central counterpart in the redshift range between 0.3 and 0.8. We find that, on average, these satellites tend to be located on the galactic plane of the central object. This effect is detected for central galaxies with a stellar mass larger than 10^10 solar masses and found to be strongest for red passive galaxies, while blue galaxies exhibit a weaker trend. For galaxies with a minor axis parallel to the direction of the nearest filament, we find that the coplanarity is stronger in the vicinity of the central galaxy, and decreases when moving towards the outskirts of the host halo. By contrast, the spatial distribution of satellite galaxies relative to their closest filament follows the opposite trend: their tendency to align with them dominates at large distances from the central galaxy, and fades away in its vicinity. Relying on mock catalogs of galaxies in that redshift range, we show that massive red centrals with a spin perpendicular to their filament also have corotating satellites well aligned with both the galactic plane and the filament. On the other hand, lower-mass blue centrals with a spin parallel to their filament have satellites flowing straight along this filament, and hence orthogonally to their galactic plane. The orbit of these satellites is then progressively bent towards a better alignment with the galactic plane as they penetrate the central region of their host halo. The kinematics previously described are consistent with satellite infall and spin build-up via quasi-polar flows, followed by a re-orientation of the spin of massive red galaxies through mergers.

研究の動機と目的

• 質量の大きなハローにおける中心銀河回りの衛星銀河の平面整列の力学的起源を理解すること。
• 宇宙網のフィラメント構造が衛星の軌道整列および分布に与える影響を調査すること。
• 中心銀河のスピン、形状、および衛星の色が、衛星の空間的・運動的パターンをどのように形作るかを特定すること。
• 衛星の整列がダークマター・ハローの三回軸対称性に起因するのか、それとも降下や潮汐的トルクによる動的バイアスに起因するのかを明確にすること。
• フィラメントによる降下と中心銀河のトルクの間の相互作用が、衛星の軌道進化をどのように形作るかを評価すること。

提案手法

• 赤方偏移 z = 0.3–0.8 の範囲で、Horizon-AGN シミュレーションにおけるダークマター粒子および星形成粒子を用いてハローと銀河を特定した。
• 中心ハローからの距離が 5 Rvir 以内に位置する銀河を衛星系として定義した（準ハローを除く）。
• 3 h⁻¹ Mpc のスムージング密度場から、連続するセグメントとして宇宙網のフィラメント構造を抽出した。
• 重要な角度を計算した：α（近隣フィラメントへの分離ベクトル）、および θ₁（中心銀河の短軸への分離ベクトル）。
• フィラメントおよび中心銀河の平面に対する衛星の角度分布関数を分析した。
• 模擬銀河カタログを用いて整列傾向を検証し、衛星の色・質量と軌道進化の関連を特定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 衛星銀河は、中心銀河の平面とどの程度整列するか。また、これは中心銀河の質量および色にどのように依存するか。
• RQ2 中心銀河からの半径距離に応じて、衛星が近隣の宇宙網フィラメントと整列する様子はどのように変化するか。
• RQ3 フィラメントによる降下と中心銀河のトルクの両者が、衛星の軌道平面を形成するにあたり、それぞれどの程度の寄与をしているか。
• RQ4 衛星の色および形状は、ハローに降下する過程でどのように進化するか。また、それらの進化は銀河平面への整列とどのように関係するか。
• RQ5 衛星は中心銀河のスピンと同期して回転するのか。また、ハロー内部に近づくにつれてその整列は強化されるか。

主な発見

• 質量の大きな中心銀河（M⋆ > 10¹⁰ M⊙）の周囲では、衛星がその銀河平面と整列する傾向が強く、特に赤く、非活性な中心銀河でその効果が顕著である。
• 中心銀河に近い領域では、衛星の銀河平面への整列度が増加する一方、近隣フィラメントへの整列度は半径が小さくなるにつれて減少する。
• ハローの外縁部では、衛星は近隣フィラメントと強く整列するが、中心領域に近づくにつれてその整列度は弱まる。
• フィラメント内に存在する青い衛星は、銀河平面に対して直交する方向に直線的に流れ込むが、ハローに侵入するにつれてその軌道が共面的へと曲げられる。
• 質量の大きな中心銀河の約40％（M⋆ > 10¹⁰ M⊙）では、短軸とフィラメントの間の歪み（30°以上）が顕著であり、これにより相反する整列傾向が生じる。
• ハロー内部では、衛星の軌道運動量が中心銀河の角運動量とますます整列する傾向を示しており、同期的な軌道進化が示唆される。