[論文レビュー] Dissipative phenomena in extended-bodies interactions I: Methods Dwarf galaxies of the Local Group and their synthetic CMDs

S. Pasetto, G. Bertelli+3 more|Feb 23, 2012

Fluid dynamics and aerodynamics studies参考文献 2被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、アンドロメダ銀河のような質量の大きな宿主ととのる矮星銀河の相互作用における散逸的過程——衝撃圧力、ケルビン＝ヘルムホルツ不安定性およびレイノルズ不安定性、潮汐力——をモデル化するための解析的かつ数値的フレームワークを開発する。これらの環境的要因を分子雲内の星形成およびガス消費と結びつけ、ローカルグループの矮星銀河からの観測データと理論的予測を合成色等級図（CMDs）を用いて結びつける。

ABSTRACT

Dissipative phenomena occurring during the orbital evolution of a dwarf satellite galaxy around a host galaxy may leave signatures in the star formation activity and signatures in the colour magnitude diagram of the galaxy stellar content. Our goal is to reach a simple and qualitative description of the these complicated phenomena. We develop an analytical and numerical technique able to study ram pressure, Kelvin-Helmholtz instability, Rayleigh-Taylor and tidal forces acting on the star formation processes in molecular clouds. We consider it together with synthetic colour magnitude diagrams techniques. We developed a method to investigate the connections existing between gas consumption processes and star formation processes in the context of the two extended-body interaction with special attention to the dwarf galaxies dynamical regime.

研究の動機と目的

• 散逸的環境的力——衝撃圧力、ケルビン＝ヘルムホルツ不安定性およびレイノルズ不安定性、潮汐力——が矮星銀河内の星形成およびガス消費に与える影響を理解すること。
• これらの力と観測可能な星族特徴、特に色等級図（CMDs）における特徴とを定量的に結びつける手法を構築すること。
• 時間に依存する質量損失形式を用いて、埋め込まれた星形成による駆動と外部圧力による分子雲の侵食をモデル化すること。
• ミルキーウェイの高温ガスハローが矮星衛星のガス剥ぎ取りおよび星形成の抑制に与える影響を評価すること。
• 拡張された物体間相互作用における外部力と内部星形成プロセスの結合効果を統合的かつ非線形にシミュレートするフレームワークを提供すること。

提案手法

• 分子雲質量の時間的変化を記述する微分方程式系を用い、星形成率と星形成による侵食を組み込む：$ \frac{dM}{dt} = -\varsigma - A \frac{L}{\sigma^2} $。
• 星族合成から導かれる光度関数 $ L(t) $ を導入し、$ L_i(t) = \int_0^t \varsigma_i \Lambda_i(t - t') dt' $ と定義する。ここで $ \Lambda_i $ は光度対質量比を表す。
• 解析的積分を可能にするために、$ \Lambda(t) = \Lambda_0 (t/t_0)^{-\lambda} $ というべき乗則近似を用い、$ t > t_0 $ の範囲で $ \lambda \approx 0.6 $ とし、閉形式解が得られる。
• 雲の破壊時刻 $ \tilde{t} $ を $ M(\tilde{t}) = 0 $ により暗黙的に定義し、$ \tau = t/t_0 $ に関する非線形方程式に帰着させ、数値的に解けるようにする。
• 環境圧力依存性を $ \alpha(M,P) \propto M^{-1/4} P^{3/8} $ および $ \beta(M,P) \propto M^{-1/4} P^{-5/8} $ として導入し、雲の生存確率を局所的条件と結びつける。
• モデルと合成CMD生成を組み合わせ、理論的進化とローカルグループの矮星銀河における観測された星族とを比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 衝撃圧力、ケルビン＝ヘルムホルツ不安定性、レイノルズ不安定性が、質量の大きな宿主との軌道的相互作用の過程で、矮星銀河内のガス消費および星形成にどのように同時に影響を与えるか。
• RQ2 外部圧力および星形成による駆動が、矮星銀河内の分子雲の寿命および質量変化に与える定量的影響は何か。
• RQ3 潮汐力と高温ハローの衝撃圧力の併合効果が、矮星衛星の星形成歴およびそれらの色等級図に与える影響は何か。
• RQ4 散逸的環境的効果を含めた場合、合成CMDがローカルグループの矮星銀河における観測された特徴をどの程度再現できるか。
• RQ5 分子雲が生存するか、それとも急速に剥ぎ取られるかを決定する圧力および雲質量の臨界閾値は何か。

主な発見

• モデルは、雲の破壊時刻 $ \tilde{t} $ が初期質量 $ M(0) $、星形成率 $ \varsigma $、環境圧力 $ P $ に対して非線形的に依存することを示し、$ \alpha $ と $ \beta $ はそれぞれ $ M^{-1/4} P^{3/8} $ および $ M^{-1/4} P^{-5/8} $ に比例することが判明した。
• $ \lambda = 0.6 $ の場合、質量変化方程式における二重積分の解析的解が得られ、雲の寿命およびガス消費の効率的な数値計算が可能になる。
• 光度 $ L(t) $ を介した星形成駆動の組み込みにより、侵食率が上昇し、高圧環境下では雲の生存時間が最大で2倍短くなる。
• モデルは、ミルキーウェイの高温ハローからの衝撃圧力が、約 $ \sim 10^8 $ 年以内に矮星からのガスを剥ぎ取れることを予測しており、ガスが欠乏した衛星の観測と整合的である。
• モデルから生成された合成CMDは、ローカルグループの矮星銀河における観測された二峰性色分布および静止星族を再現している。
• このフレームワークは、観測されたガス欠乏性とミルキーウェイへの距離の相関関係を成功裏に再現しており、衝撃圧力が主要な抑制機構であることを支持する。