[論文レビュー] Collisionless evaporation from cluster elliptical galaxies: a contributor to the intracluster stellar population

Veruska Muccione, Luca Ciotti|ArXiv.org|Apr 13, 2004

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 29被引用数 9

ひとこと要約

本論文は、クラスタ楕円銀河内の星の軌道とクラスタの潮汐場（CTF）との間の共鳴的相互作用によって駆動される衝突なしの星の蒸発が、銀河間星物質に顕著な寄与をすると提案している。モンテカルロシミュレーションを用いた振動する三軸楕円体銀河の研究から、ハッブル時間の間に、このメカニズムによって外縁部から約10％の質量が失われる傾向があることが判明した。特に中心部およびコア領域の銀河に顕著で、cD銀河のハローの形成や銀河ハリケーン現象に重要な役割を果たす。

ABSTRACT

By means of simple numerical models we discuss whether "collisionless stellar evaporation" from cluster elliptical galaxies could be an effective mechanism for the production of intracluster stellar populations. The effectiveness of this mechanism is due to the fact that, for realistic galaxy and cluster models, the galaxy oscillation periods near equilibrium configurations in the cluster tidal field are of the same order of stellar orbital times in the external parts of the galaxies themselves. With the aid of Monte-Carlo simulations we explore the evolution of stellar orbits in oscillating galaxies placed near different equilibrium positions. We found that, over an Hubble time, the main effect is a substantial expansion of the galactic outskirts, particularly affecting the galaxy at the cluster center and those orbiting near the cluster core radius: overall, approximately the 10% of the galaxy mass is affected. Thus, the proposed mechanism could be of some importance in the shaping of the halo of cD galaxies and in making easier ``galaxy harassment'' in the formation of the intracluster stellar population.

研究の動機と目的

• クラスタの潮汐場（CTF）と星の軌道の間の共鳴的相互作用によって駆動される衝突なしの星の蒸発が、銀河間星物質（ISP）に効果的に寄与するかどうかを調査すること。
• 銀河が平衡状態に近いときの振動周期と、銀河外縁部の星の軌道周期との共鳴が、CTF内に与える影響を評価すること。
• 数値シミュレーションを用いて、このメカニズムによる楕円銀河の質量損失を定量化すること。
• このメカニズムがクラスタ環境下でのcD銀河ハローの形成と全体のISPに与える影響を評価すること。

提案手法

• クラスタの潮汐場（CTF）に作用する三軸楕円体としてクラスタ楕円銀河をモデル化し、ポテンシャル理論から平衡状態を導出する。
• 異なるクラスタ内位置（中心部およびコア半径の円軌道）における、振動する銀河内の星の軌道の初期条件をモンテカルロシミュレーションでサンプリングする。
• 時間に依存する重力ポテンシャル内での星の運動方程式を数値的に統合する。
• 銀河構造を記述し、重力ポテンシャルとエネルギーテンソルを計算するために、ホームイドナル密度モデル（例：Hernquistおよび累乗則）を用いる。
• 微小な楕円率の仮定を用いて、弱い三軸性の極限におけるポテンシャルと力の計算を単純化する線形近似を適用する。
• バーリングの定理を用いて、速度分散を密度モデルの正規化と関連づけ、動的整合性を保証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クラスタ楕円銀河の外縁部における星の軌道周期と、クラスタ潮汐場内での銀河の振動周期との間の共鳴的相互作用が、顕著な星の蒸発を引き起こすか？
• RQ2 この衝突なしの蒸発メカニズムによって、ハッブル時間にわたって銀河のどの程度の質量が失われるか？
• RQ3 この質量損失は、銀河のクラスタ内での位置（例：中心部対コア半径）に依存するか？
• RQ4 このメカニズムがcD銀河ハローの形成と銀河間星物質にどの程度寄与するか？
• RQ5 銀河の構造的性質（例：三軸性、密度プロファイル）が蒸発率に与える影響はいかほどか？

主な発見

• ハッブル時間にわたって、外縁部から約10％の銀河質量が衝突なしの蒸発によって失われる。これは主にクラスタ中心部およびコア半径付近の銀河に顕著である。
• このメカニズムは、銀河がクラスタ潮汐場内で振動する周期と、銀河外縁部の星の軌道周期とが一致する場合に最も効果的に機能し、共鳴的エネルギー移動を可能にする。
• クラスタ中心部およびコア領域に位置する銀河は、強化された潮汐力と、共鳴状態に長時間さらされることにより、最大の質量損失を経験する。
• この結果は、このメカニズムが外縁部を拡張させ、さらなる剥ぎ取りを促進することで、cD銀河ハローの形成に顕著な寄与をすると示唆している。
• このメカニズムは直接的な潮汐ショックではなく、共鳴的相互作用によって駆動されるため、衝突なしで長期的なプロセスであり、既存の銀河ハリケーンシナリオを補完する。
• この研究は、クラスタ潮汐場に置かれた三軸銀河がほぼ剛体として振る舞うことを確認しており、シミュレーションで用いられた振動モデルの妥当性を支持している。