[論文レビュー] Formation of S0 galaxies through mergers: Explaining angular momentum and concentration change from spirals to S0s

Miguel Querejeta, M. C. Eliche‐Moral+7 more|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|Jun 1, 2015

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 62被引用数 39

ひとこと要約

本論文は、GalMerスパイラル-スパイラル主要合体のデータベースを用いて、星族の角運動量（$\lambda_{\mathrm{Re}}$）と集中度（$R_{90}/R_{50}$）の主要な運動学的・構造的変化を再現することで、後期型スパイラルがS0銀河に変容する現象を主な合体によって説明できることを示している。合体は、CALIFA観測と一致するFR様の運動学的および構造的性質を持つS0様の残骸を自然に生成し、単なる減光とは別に有効な代替説を提供する。

ABSTRACT

The CALIFA team has recently found that the stellar angular momentum and concentration of late-type spiral galaxies are incompatible with those of lenticular galaxies (S0s), concluding that fading alone cannot satisfactorily explain the evolution from spirals into S0s. Here we explore whether major mergers can provide an alternative way to transform spirals into S0s by analysing the spiral-spiral major mergers from the GalMer database that lead to realistic, relaxed S0-like galaxies. We find that the change in stellar angular momentum and concentration can explain the differences in the $λ_\mathrm{Re}$--$R_{90}/R_{50}$ plane found by the CALIFA team. Major mergers thus offer a feasible explanation for the transformation of spirals into S0s.

研究の動機と目的

• CALIFA調査が明らかにした後期型スパイラルとS0銀河の間の運動学的・構造的差異を、主な合体が説明できるかどうかを調査すること。
• 合体が、スパイラルとS0銀河の間で観測された$\lambda_{\mathrm{Re}}$–$R_{90}/R_{50}$平面におけるオフセットを説明できるかどうかを検証すること。
• 主な合体が、現実的な角運動量および集中度の性質を持つS0様の残骸を生成できるかどうかを特定すること。
• 合体パラメータ（質量比、スピン-軌道結合、ガス含有量など）が、最終的な運動学的および構造的結果に与える影響を評価すること。

提案手法

• S0様の残骸を形成する、GalMerデータベースに登録されたスパイラル-スパイラル主要合体のシミュレーションを分析した。
• シミュレーションされた残骸における星族の角運動量（$\lambda_{\mathrm{Re}}$）と集中度（$R_{90}/R_{50}$）を測定し、CALIFA調査の観測データと比較した。
• 質量比（1:1から1:3）、近点距離、スピン-軌道結合（前向き対向と後向き対向）、ガス分率といった合体パラメータの影響を体系的に評価した。
• 運動学的マップと構造的プロファイルをシミュレーションから抽出し、ディスクの存続、バルジ形成、および逆端末特徴の評価を行った。
• 結果を観測されたS0銀河およびスパイラルと比較して、$\lambda_{\mathrm{Re}}$と集中度空間における一致を検証した。
• 本物の調査で用いられる積分場分光法診断と整合性を持つよう、モック観測を用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CALIFAが報告した後期型スパイラルとS0銀河の間の$\lambda_{\mathrm{Re}}$–$R_{90}/R_{50}$平面におけるオフセットを、主な合体が再現できるか？
• RQ2 質量比、スピン-軌道結合、ガス含有量といった合体パラメータの中で、$\lambda_{\mathrm{Re}}$と集中度の変化に最も強く寄与するのはどれか？
• RQ3 主な合体が、現実的な運動学的（FR様）および構造的（ディスク-バルジ結合）性質を持つS0様の残骸を生成できるか？
• RQ4 合体による角運動量および集中度の変化が、単なる減光に依存せずにスパイラルからS0への変容を説明するのに十分か？
• RQ5 ガスを多く含む合体とガスを少なめに含む合体の間で、最終的な$\lambda_{\mathrm{Re}}$および集中度に及ぼす影響にどのような差があるか？

主な発見

• 主な合体は、後期型スパイラルとS0銀河の間で観測された$\lambda_{\mathrm{Re}}$–$R_{90}/R_{50}$平面におけるオフセットを成功裏に再現し、単なる減光とは別に有効な代替説を提供する。
• 星族の角運動量（$\lambda_{\mathrm{Re}}$）の変化は、ガス含有量や星形成率に系統的依存しないことが示され、角運動量の進化が主に合体の力学的要因によって駆動されることを示している。
• 遅い回転銀河（SRs）の形成は、後向き対向のスピン-軌道結合と強く相関しており、9体中8体のSRsが後向き合体から生じている。
• 集中度（$R_{90}/R_{50}$）は合体によって顕著に増加し、特にガスを多く含む合体と関連して最も高い集中度が得られる。
• 逆端末特徴とディスク-バルジ結合を有するディスク様の残骸——実際のS0銀河で観測された特徴——は、シミュレーションにおいて主な合体から自然に出現する。
• 結果は、宇宙論的予測と整合しており、特にガス分率の高い初期宇宙環境では、複数回の合体が累積的に観測されたS0銀河の性質を生成できる可能性を示唆している。