[論文レビュー] Galactic outflows and the chemical evolution of dwarf galaxies

S. Recchi, G. Hensler+1 more|ArXiv.org|Jan 14, 2009

Astrophysics and Star Formation Studies被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、銀河風と多相性ISMが矮星系の化学的進化に与える影響を調査する。流体力学的シミュレーションを用いて、星形成の強度や初期ガス質量に応じてスーパーバブルの空洞が125〜600 Myrで再充填されることを示している。一方、銀河の幾何学的形状は双極的風の発展を強く制御しており、扁平な銀河ではバースト時に金属の最大60％が放出されるが、球形の銀河では金属がすべて保持される。

ABSTRACT

Galactic winds in dwarf galaxies are driven by the energy released by supernova explosions and stellar winds following an intense episode of star formation, which create an over-pressured cavity of hot gas. Although the luminosity of the star formation episode and the mass of the galaxy play a key role in determining the occurrence of the galactic winds and the fate of the freshly produced metals, other parameters play an equally important role. In this contribution we address the following questions (i) What is the late evolution of superbubbles and what is the final fate of the superbubble cavities? (ii) How does the multi-phase nature of the ISM, in particular the coexistence of hot gas with embedded clouds, affect the development of galactic winds? (iii) What is the relation between the flattening of a galaxy and the development of bipolar galactic winds?

研究の動機と目的

• 矮星系における星形成イベント後のスーパーバブル空洞の遅い進化と再充填ダイナミクスを理解すること。
• 多相性ISMにおける高温ガスと寒冷雲の共存が銀河風の発展と金属放出に与える影響を評価すること。
• 特に扁平化の程度が、双極的銀河風の発生または抑制に果たす役割を調査すること。
• 銀河形態が化学的進化、特に星形成バースト時の金属損失効率に与える影響を定量化すること。

提案手法

• 空間分解能約10 pcで、熱的および力学的プロセスを正確にモデル化できる3次元流体力学的シミュレーションを用いて矮星系を再現した。
• 時間経過に伴うエネルギー入力を完全に捉えるために、コア崩壊超新星（SNeII）と遅延型Ia型超新星（SNeIa）の両方を含む星形成イベントをシミュレートした。
• 初期ガス質量、星形成率、持続時間、銀河幾何学的形状（球形から極めて扁平な楕円体）を変化させたモデルを用い、構造的要因を分離した。
• 寒冷雲を含む・含まないシナリオを比較することで、高温空洞の進化、外向き流れの発展、金属放出効率の変化を追跡した。
• ディスクからのスーパーシェルの破裂時刻と圧力勾配を分析し、風の発生と持続性を特定した。
• さまざまな形態的配置における全金属生成量と保持・排出された金属量を比較することで、金属の保持率と放出率を定量化した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 星形成が終了した後のスーパーバブル空洞の遅い進化はどのようなもので、高温ガスの最終的運命は何か？
• RQ2 多相性ISMに存在する寒冷・高密度雲が、銀河風の発展と効率にどのように影響を与えるか？
• RQ3 銀河の扁平化と双極的銀河風形成の関係は何か？
• RQ4 銀河の幾何学的形状が、星形成イベント中に生成された金属の放出にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 星形成が終了した後、スーパーバブル空洞は初期ガス質量と星形成強度に応じて125〜600 Myrの間で再充填される。
• 再充填プロセスは、スーパーシェルがディスクから破裂した後の圧力勾配によって主に駆動され、熱的拡張によるものではない。
• 球形銀河では等方的圧力封じ込めにより銀河風が抑制されるが、扁平な系では強力で広範な風が発生する。
• 最も扁平なモデル（短半軸200 pc）では、風が最大4 kpcまで延び、500 Myr後にISM質量の約15％が放出された。
• 要するに、強い星形成バーストは扁平銀河で金属の放出を引き起こした。最も扁平なモデルでは生成金属の約60％が失われたが、球形モデルでは100％が保持された。
• 熱エネルギーが減少しても、雲を伴うISMモデルでは、スーパーシェルの貫通により金属が効率的にチャネル化されるため、金属放出効率は依然として高い。ただし、純粋な雲の混合により最終的な金属量は0.2〜0.4 dex低下する。