[論文レビュー] Formation and Evolution of Galaxies: Les Houches Lectures

Simon D. M. White|ArXiv.org|Oct 14, 1994

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 18

ひとこと要約

本論文は、線形および非線形重力的ダイナミクスと半解析的モデリング、N体/SPHシミュレーションを統合した、銀河形成と進化の包括的な理論枠組みを提示する。階層的クラスタリングとフィードバックおよび冷却プロセスを組み合わせることで、光度関数、スピン、形態といった主要な銀河特性を再現可能であることが示されたが、解像度の制限と物理的不完全性のため、シミュレーションには限界がある。

ABSTRACT

This is a set of lecture notes based on the lectures on the formation and evolution of galaxies which were given by S. White at Les Houches in August 1993. This postscript file does not contain the 16 figures. A version containing these figures can be obtained by writing to: Fr. C. Rickl, MPI fuer Astrophysik, Karl-Schwarzschildstr. 1, 85740 Garching, Germany ([e-mail]).

研究の動機と目的

• 重力的ダイナミクスと半解析的モデリングを統合することで、銀河形成の統一的理論的手法を開発すること。
• 宇宙論的文脈と初期条件が階層的クラスタリングを通じて銀河形成に与える影響を調査すること。
• 半解析的モデルとN体/SPHシミュレーションが観測された銀河特性をどの程度正確に再現できるかを評価すること。
• フィードバック、冷却、合体が銀河の構造と光度関数に果たす役割を検討すること。
• 銀河の分布がダークマター分布に対してどれほどバイアスを示すか、およびクラスタ形成における過剰合体化の問題が深刻かどうかを評価すること。

提案手法

• 初期構造形成を記述するため、線形および非線形重力的フラクチュエーション成長理論を用いる。
• ラグランジュ的摂動理論とZel'dovich近似を用いて、非球面的崩壊とハロー形成を記述する。
• 球対称および楕円体トッパーモデルを用いて、非線形的崩壊と準静的状態に達する過程を研究する。
• ピーク形式とPress-Schechter理論を用いて、ハロー質量関数と合体歴を予測する。
• 半解析的モデルとN体および滑らか化粒子流体力学（SPH）シミュレーションを組み合わせ、ダークマターハロー内での銀河形成をモデル化する。
• 冷却、星形成、フィードバックプロセスを組み込み、銀河の光度関数と構造的性質を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 初期密度フラクチュエーションが重力不安定性と非線形的崩壊を通じてどのように銀河へと進化するか？
• RQ2 半解析的モデルとSPHシミュレーションが観測された銀河の光度関数と形態をどの程度正確に再現できるか？
• RQ3 フィードバックプロセス、冷却、角運動量移動が銀河構造とスピンに果たす役割は何か？
• RQ4 合体歴が、さまざまな質量のハロー内での銀河の最終的性質にどのように影響を与えるか？
• RQ5 銀河の分布はダークマター分布に対してバイアスを示すか？また、シミュレーションで過剰合体化を回避できるか？

主な発見

• 半解析的モデルは、1つの主要な銀河を持つ孤立銀河ハローと、複数の明るい銀河を持つクラスタサイズのハローの両方を成功裏に再現し、観測された光度関数と一致した。
• エネルギー損失を伴うガス成分を含むSPHシミュレーションは、クラスタ内での銀河形成をわずかに解像可能であり、過剰合体化が根本的な障害ではないことを示唆している。
• 高解像度のシミュレーションは、最終的なハローにおいて合体がより完全に進行し、複数の類似したシステムではなく1つの主要な銀河が形成されることを確認した。
• 半解析的モデルとシミュレーションの一致は前向きではあるが、両者とも未解決の物理的要因と数値的不確実性の制限を受けるため、脆いものである。
• フィードバックプロセスは極めて重要であるが、現在のシミュレーションではしばしば不十分に表現されており、解析的モデルによる補正が不可欠である。
• 銀河スピンの起源は線形領域における潮汐トルクに起因し、線形理論から導かれたスケーリング則は観測された傾向と一致した。