[論文レビュー] Evolution of the mass, size, and star formation rate in high-redshift merging galaxies MIRAGE - A new sample of simulations with detailed stellar feedback

V. Perret, Florent Renaud+6 more|Lund University Publications (Lund University)|Jul 26, 2013

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 98被引用数 52

ひとこと要約

本研究では、高赤方偏移（1<z<2）における合体および孤立銀河の20件の高解像度流体力学的シミュレーション（MIRAGEシミュレーションサンプル）を提示する。ガスが豊富な合体では、乱流的でクラスタ構造を持つ円盤におけるフィードバックの飽和により、星形成バーストが発生しないことが示された。冷却アキュレションを必要とせず、内部のクラスタダイナミクスによる内側から外側への円盤成長を再現する。

ABSTRACT

We aim at addressing the questions related to galaxy mass assembly through major and minor wet merging processes in the redshift range 1

研究の動機と目的

• 1<z<2の時期、宇宙の星形成ピーク期におけるマジョル・ミニマムな湿った合体が銀河質量の蓄積に果たす役割を調査する。
• 冷却アキュレションと合体駆動成長の両者が高赤方偏移銀河の性質をどのように形作るかという未解決の矛盾を解消する。
• 乱流的でクラスタ構造を持つ星間媒体における星形成フィードバックが、合体中の星形成をどのように制御するかを検討する。
• 高解像度シミュレーションを用いて、冷却モードアキュレションが存在しない状況でも内側から外側への円盤成長が可能かどうかを評価する。
• 初期宇宙における銀河進化をモデル化するための統計的に信頼性が高く、物理的に妥当なシミュレーションサンプルを提供する。

提案手法

• RAMSESという適応メッシュリファインメントコードを用い、7 pcの物理的解像度で20件の合体および3件の孤立高赤方偏移円盤系をシミュレートする。
• OB星の放射圧、光電離加熱、超新星を含む物理的に妥当な星形成フィードバックモデルを実装する。
• 実際のガス豊富な円盤における星間媒体（ISM）状態を再現するため、星形成、金属線冷却、金属濃度の移流を含める。
• 初期条件を円盤の向きや合体質量比を変化させることで制御し、軌道パラメータの統計的分析を可能にする。
• 観測と比較するため、時間経過に伴う主要な銀河特性（質量、サイズ、SFR）を測定し、ケニクット・シュナイダー則と質量-サイズ進化を用いる。
• 模擬IFU観測を生成し、速度場の分類と高赤方偏移銀河におけるクラスタダイナミクスの研究を行う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z≈2におけるガスが豊富な合体は星形成バーストを引き起こすのか？それとも、乱流的でクラスタ構造を持つ星間媒体におけるフィードバックによって星形成が飽和するのか？
• RQ2 冷却アキュレションが存在しない状況で、内側から外側への円盤成長が、高赤方偏移合体における内部力学的プロセスによってどの程度可能なのか？
• RQ3 合体質量比や円盤の向きは、高赤方偏移系における星形成質量、サイズ、星形成率の進化にどの程度影響を与えるか？
• RQ4 シミュレートされたMIRAGE銀河が、1<z<2における観測された質量-サイズ関係および星形成率関係とどの程度一致するか？
• RQ5 巨大クラスタは、合体中の高赤方偏移銀河における星形成の制御および構造的進化の駆動要因として果たす役割は何か？

主な発見

• MIRAGEシミュレーションにおけるガスが豊富な合体では、星形成フィードバックが乱流的でクラスタ構造を持つ星間媒体で飽和するため、星形成バーストは発生しない。
• 孤立円盤の星形成率履歴には、巨大クラスタの複雑なダイナミクスに起因する確率的変動が見られ、観測と整合的である。
• シミュレーションは観測された質量-サイズ関係およびその赤方偏移進化（1<z<2）を再現しており、冷却アキュレションがなくても内側から外側への成長が可能であることを示唆している。
• ケニクット・シュナイダー則の図において、大多数の合体は「通常の」円盤的星形成領域に位置し、わずかに星形成効率が低下している。
• クラスタ間の相互作用と角運動量の再配分が円盤成長を駆動しており、内部ダイナミクスが時間経過とともに自然に大きな星形成円盤を形成することを示唆している。
• AGNフィードバックは短期的には巨大クラスタを破壊する可能性が低いが、長期的にはガスアキュレションとガス割合を低下させ、後の進化に影響を与える可能性がある。