[論文レビュー] Galaxies and Overmerging: What Does it Take to Destroy a Satellite Galaxy?

Stelios Kazantzidis, Ben Moore+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 21, 2003

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、高解像度N体シミュレーションを用いて、冷たいダークマター（CDM）の準位相空間に存在する小銀河（subhalo）が、完全に潮汐破壊を受けて超コン pact 矮星系（UCD）を形成できるかを調査している。その結果、クラスタの時標識内での破壊が起こるのは、CDMの予測よりもはるかに低い濃度を持つ極めて低い濃度のハローに限られ、バリオン効果はさらに耐性を高めるため、UCDの起源を説明する上でCDMモデルの整合性が疑問視される。

ABSTRACT

The Ultra Compact Dwarf (UCD) galaxies recently discovered in the Fornax and Virgo clusters exhibit structural similarity to the dense nuclei of nucleated dEs indicating that the progenitor galaxy and its halo have been entirely tidally disrupted. Using high resolution $N$-body simulations with up to ten million particles we investigate the evolution and tidal stripping of substructure halos orbiting within a host potential. We find that complete disruption of satellite halos modeled following the NFW density profile occurs only for very low values of concentration in disagreement with the theoretical predictions of CDM models. This discrepancy is further exacerbated when we include the effect of baryons since disk formation increases the central density.

研究の動機と目的

• CDMモデルにおける衛星銀河が完全に潮汐破壊を受ける条件を特定すること。
• ハローの濃度とバリオン物理学が衛星の潮汐ストリッピングに対する耐性に与える影響を評価すること。
• 観測されたUCDが、標準的なCDM宇宙論における潮汐破壊された矮星系の残骸として説明可能かどうかを検証すること。
• 数値的解像度と初期条件が破壊時標識に与える影響を評価すること。
• クラスタ環境内での完全な破壊を達成するために必要な構造的パラメータ（例：濃度、質量解像度）を制限すること。

提案手法

• NFW密度プロファイルを持つ衛星ハローをモデル化するため、最大1000万粒子を用いた高解像度N体シミュレーションを実施。
• Fornaxクラスタのハローを表す静的かつ球対称な主ハロー・ポテンシャルを用い、$ M_{\rm prim} = 0.5 \times 10^{14}\rm\thinspace M_\bigodot $ および $ c_{\rm prim} = 8.5 $ とする。
• 衛星ハローは $ M_{\rm sat} = 2 \times 10^{10}\rm\thinspace M_\bigodot $ で初期化され、濃度 $ c_{\rm sat} $ を変化させ、$ N = 10^5 $ から $ 10^7 $ 個の粒子で解像。
• 重力ソフトニングを $ \rho = 50 $ pc に設定し、UCDスケール（$ \rho \times 2 $）まで構造を解像。$ \rho \times 2 $ より大きな領域に束縛構造が存在しなくなった時点で完全な破壊と定義。
• グループ検出アルゴリズムSKIDを用いて時間経過に伴う束縛質量を特定。エネルギー保存則の精度は0.1%未満を達成。
• バリオン効果の評価には、半解析的ディスクモデルを用い、Mo, Mao, \& White (1998)の枠組みを適用して有効濃度 $ c_{\rm eff} $ を計算。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CDM準位相空間の小銀河がクラスタの時標識内ですべて破壊されるには、どの濃度値が必要か？
• RQ2 バリオンディスク形成を組み込むと、衛星ハローの潮汐ストリッピングに対する耐性はどのように変化するか？
• RQ3 数値的解像度と初期条件が観測された破壊時標識に与える影響はどの程度か？
• RQ4 観測されたUCDの構造的性質は、CDMフレームワーク内での潮汐破壊された矮星系の残骸として再現可能か？
• RQ5 軌道パラメータとクラスタポテンシャルを考慮した場合、観測されたUCD集団と一致させるために必要な初期ハロー濃度は何か？

主な発見

• NFW衛星ハローの完全な破壊は、非常に低い濃度（$ c_{\rm sat} < 5 $）でのみ発生し、理論的CDM予測とは一致しない。
• 濃度 $ c_{\rm sat} = 9 $（100億年以内の破壊上限）の衛星は著しく長期間生存するため、現実的な時標識内での破壊は極めて低い濃度のハローに限られる。
• 数値的収束は $ N \rightarrow 10^6 $ 粒子/ハローで達成される。それ未満の解像度（$ 10^5 $）では、破壊が不自然に加速される。
• バリオンディスク形成により有効濃度 $ c_{\rm eff} $ が増加し、純ダークマターモデルと比較して、ハローの潮汐ストリッピングに対する耐性が著しく高まる。
• 有効濃度 $ c_{\rm eff} \rightarrow 9 $ を達成するためには、初期ハロー濃度が $ c_{\rm halo} < 3 $ である必要があり、これはこの質量スケールにおける理論的CDM予測から4σ以上も低い。
• 必要な低濃度とCDM予測値との乖離は、標準的なCDMモデルがUCDの起源を潮汐破壊された衛星として自然に説明できない可能性を示唆している。