[論文レビュー] Fragmentation of Expanding Shells in Spiral and Irregular Galaxies

S. Ehlerová, Jan Palouš+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 15, 1997

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 5被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、スパイラル銀河および不規則銀河における拡張するシェルの重力的破壊を、3次元流体力学的シミュレーションと解析的モデルを用いて調査している。n=1 cm⁻³の環境ガス中で約1 kpcのサイズを持つシェルは重力不安定性を示し、分子雲の形成と星形成を引き起こす。特に、破壊が全方向に広がるため、矮星銀河では星形成爆発（starburst）が引き起こされるが、スパイラル銀河では等化面に限定されたままにとどまる。

ABSTRACT

Conditions for the fragmentation of expanding shells due to gravitational instability are discussed. The self-similar analytical solution is compared with the results of 3-dimensional computer simulations for the expansion into homogeneous media. For realistic galactic disks we show that the formation of fragments is influenced by the amount of energy supply from the final number of young stars in an OB association, the value of the sound speed, the stratification and density of the ambient medium, the galactic differential rotation and the gravitational force perpendicular to the galactic plane. The typical size of gravitationally unstable shells is 1 kpc for an ambient gas density n=1 cm^-3. In thick disk galaxies the fragmentation occurs in nearly the whole shell while in thin disks it is restricted to the galactic equator. Unstable fragments may become molecular and trigger the formation of molecular clouds, and finally new star formation. We conclude that in dwarf galaxies the star formation may propagate in all directions turning the system into a star- burst. Contrary to that, the star formation in spiral galaxies propagates only in some directions in a thin strip near the symmetry plane, basically at the tips of the expanding shell.

研究の動機と目的

• 銀河ディスク内の拡張するシェルが重力不安定性を示し、破壊する条件を理解すること。
• エネルギー入力、音速、ディスクの分層構造、回転といった主要な物理的パラメータが破壊効率に与える影響を評価すること。
• さまざまな銀河形態における破壊が、分子雲の形成およびその後の星形成に与える影響を特定すること。
• 均一媒体中の拡張するシェルについて、解析的自己相似解と3次元数値シミュレーションを比較すること。
• 破壊が矮星銀河における星形成爆発活動とスパイラル銀河における局所的星形成に与える影響を調査すること。

提案手法

• 均一媒体中のシェルの拡張および重力不安定性をモデル化するために、自己相似解析的解を用いる。
• 現実的な銀河的条件下でのシェルの拡張と破壊をモデル化するために、3次元流体力学的シミュレーションを実施する。
• OB連星からのエネルギー入力、音速、環境ガス密度、重力的力といった物理的パラメータを組み込む。
• 現実のディスク環境を再現するために、銀河の微分的回転および垂直方向の重力的力に対応する。
• 破壊が薄型ディスクと厚型ディスクのどちらで、どこにどのように発生するかを、破壊の空間的分布を分析することで評価する。
• 破壊した領域が分子雲に変換され、新たな星形成を開始する可能性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河ディスク内での重力不安定なシェルが、どのような条件下で破壊するのか？
• RQ2 環境ガス密度（n=1 cm⁻³）は、拡張するシェルのサイズと安定性にどのように影響するか？
• RQ3 銀河の微分的回転は、スパイラル銀河における破壊の制限または促進に果たす役割は何か？
• RQ4 なぜ厚型ディスク銀河ではシェル全体に破壊が発生するのに対し、薄型ディスクでは主に端縁部に限られるのか？
• RQ5 破壊はどのようにして分子雲の形成とその後の星形成を引き起こすのか。特に矮星銀河においては？

主な発見

• 環境ガス密度がn=1 cm⁻³の条件下で、典型的なサイズが約1 kpcのシェルは重力不安定性を示す。
• 厚型ディスク銀河では、垂直方向の重力的閉じ込めが強い影響を及ぼし、破壊がシェルのほぼ全域に広がる。
• 薄型ディスク銀河では、破壊が銀河の等化面に限定され、主に拡張するシェルの端縁部に発生する。
• 不安定な破壊領域は冷却・凝縮を経て分子雲に変化し、新たな星形成を開始する。
• 矮星銀河では、破壊が全方向に広がるため、広範囲にわたる星形成が発生し、星形成爆発（starburst）の可能性が生じる。
• スパイラル銀河では、星形成が対称面に近い狭い帯域に限定され、観測されたシェルの形状と整合的である。