[論文レビュー] Cold Mode Accretion in Galaxy Formation

Andrew Benson, R. G. Bower|arXiv (Cornell University)|Apr 7, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 3被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、Birnboim & Dekel (2003) の衝撃安定性基準を用いて、Galform 半解析的モデルに冷媒質降着を実装し、高赤方偏移では冷媒質降着が銀河へのガス流入を顕著に増加させるが、特に超新星駆動型噴出流を含むフィードバックが存在する場合、低赤方偏移における星形成率や銀河性質に与える影響は最小限であることを明らかにした。主な結果は、銀河進化の形作りにおいてフィードバックが降着モードを上回ることであり、標準モデルにおいて冷媒質物理学の重要性はかつて考えられていたほどではないことが示された。

ABSTRACT

A generic expectation for gas accreted by high mass haloes is that it is shock heated to the virial temperature of the halo. In low mass haloes, or at high redshift, however, the gas cooling rate is sufficiently rapid that an accretion shock is unlikely to form. Instead, gas can accrete directly into the centre of the halo in a `cold mode' of accretion. Although semi-analytic models have always made a clear distinction between hydrostatic and rapid cooling they have not made a distinction between whether or not an accretion shock forms. Starting from the well-established Galform code, we investigate the effect of explicitly accounting for cold mode accretion using the shock stability model of Birnboim & Dekel. When we modify the code so that there is no effective feedback from galaxy formation, we find that cold mode accretion is the dominant channel for feeding gas into the galaxies at high redshifts. However, this does not translate into a significant difference in the star formation history of the universe compared to the previous code. When effective feedback is included in the model, we find that the the cold mode is much less apparent because of the presence of gas ejected from the galaxy. Thus the inclusion of the additional cold mode physics makes little difference to basic results from earlier semi-analytic models which used a simpler treatment of gas accretion. For more sophisticated predictions of its consequences, we require a better understanding of how the cold mode delivers angular momentum to galaxies and how it interacts with outflows.

研究の動機と目的

• 半解析的モデルにおける冷媒質降着（衝撃加熱を伴わないガスの降着）が銀河形成に与える影響を評価すること。
• 過去のモデルで明示的な冷媒質降着処理が欠落している場合、星形成率や星質量分率などの銀河性質の予測にどのような影響を与えるかを調査すること。
• 超新星駆動型噴出流と角運動量輸送が、冷媒質降着によるガスの銀河への供給効率に与える影響を評価すること。
• 冷媒質降着が、特に高赤方偏移において銀河形成の結果に定性的な変化をもたらすかどうかを特定すること。
• 冷媒質物理学の組み込みが、観測データに適合させるためにモデルパラメータの再調整を必要としないかを検証すること。

提案手法

• Birnboim & Dekel (2003) の衝撃安定性基準を用いて、Galform 半解析的モデルに冷媒質降着を実装し、衝撃加熱の有無を、衝撃後ガスの冷却時間に基づいて決定する。
• ハロー質量と赤方偏移に基づき、ホットモード降着（衝撃加熱あり）とコールドモード降着（未加熱）を区別し、低質量ハローまたは高赤方偏移ではコールドモードが支配的となる。
• ガスの冷流による銀河への流入を追跡し、ハロー中心部で抗力または内部衝撃によりエネルギーを失うものと仮定し、ガスがディスクに到達可能であるとみなす。
• 超新星駆動型噴出流とAGNフィードバックをモデルに組み込み、これらが冷媒質降着とどのように相互作用するかを評価し、ガス含量や星形成を制御するメカニズムを検討する。
• ディスクの動的時間の計算により、冷媒質ガスがもたらす角運動量がディスク安定性や星形成効率に与える影響を評価する。
• 冷媒質降着あり・なしのモデル、フィードバックあり・なしの組み合わせを比較し、異なる赤方偏移における銀河性質に与える降着モードの影響を分離して評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 半解析的モデルに明示的な冷媒質降着を組み込むと、宇宙の星形成歴の予測に顕著な変化が生じるか？
• RQ2 超新星駆動型噴出流の存在が、銀河内に蓄積される冷媒質降着ガスの保持とその影響にどのように作用するか？
• RQ3 冷媒質降着が、銀河ディスクの角運動量含量および動的時間にどの程度の影響を与えるか？
• RQ4 冷媒質降着が、特に高赤方偏移において星と星間媒体の全バリオン質量に与える影響は？
• RQ5 冷媒質降着が、冷媒質降着なしのモデルと比較して、銀河の等級関数やサイズに定性的な変化をもたらすか？

主な発見

• フィードバックが存在しない場合、冷媒質降着は高赤方偏移（z ≳ 6）において銀河へのガス流入の主要なチャネルとなり、ガス流入率が顕著に増加する。
• 高いガス流入にもかかわらず、星形成率は z ≳ 3 で冷媒質降着の影響をほとんど受けていない。これは、角運動量含量の増加に起因するディスクの動的時間が長くなるためである。
• 超新星駆動型噴出流を含むモデルでは、z = 0 に達するまで、冷媒質モードとホットモードモデルの間で全バリオン質量（星 + ISMガス）の差は最小限にとどまり、フィードバックが降着モードを上回ることが示された。
• 噴出流が存在しない場合、高質量ハローでは冷媒質降着がディスクの動的時刻を3倍以上に延長するが、噴出流が含まれるようになるとこの効果は弱まる。
• 冷媒質降着の導入は、z = 0 における銀河の等級関数やサイズの予測に定性的な変化をもたらさないため、初期の半解析的モデルの妥当性が保たれる。
• 冷媒質降着の有効性はフィードバックに極めて敏感であり、噴出流は降着モードの切り替えよりも冷媒質ガスの保持をより強く抑制する。したがって、信頼できる冷媒質降着予測を得るためには、フィードバックの正確なモデル化が不可欠である。