[論文レビュー] Making Counter-Orbiting Tidal Debris: The Origin of the Milky Way Disc of Satellites

Marcel S. Pawlowski, Pavel Kroupa+1 more|Jun 14, 2011

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 68被引用数 42

ひとこと要約

本論文は、銀河の円盤状衛星系、特に逆軌道を回るスキュルプトール矮星族を含め、初期の1回の飛行または合体によって生じた潮汐デブリが起源であると提唱している。このデブリは、おそらく大マジラン雲の前身銀河との相互作用によって生じ、動的相互作用の結果、前向きおよび後向きの両方の潮汐デブリが自然に形成される。このモデルは、衛星の観測された非等方的分布および軌道極を説明でき、後向き材料が最初に形成され、観測された運動学的特性および金属量の違いと一致する。

ABSTRACT

Using stellar-dynamical calculations it is shown for the first time that counter-orbiting material emerges naturally in tidal interactions of disc galaxies. Model particles on both pro- and retrograde orbits can be formed as tidal debris in single encounters with disc galaxies of 1-to-1 and 4-to-1 mass ratios. A total of 74 model calculations are performed for a range of different initial parameters. Interactions include fly-by and merger cases. The fraction of counter-orbiting material produced varies over a wide range (from a few up to 50 percent). All fly-by models show a similar two-phase behaviour, with retrograde material forming first. Properties of the prograde and retrograde populations are extracted to make an observational discrimination possible. During such encounters the tidal debris occupies a certain region in phase space. In this material, tidal-dwarf galaxies may form. The modelling therefore can explain why galaxies may have dwarf galaxies orbiting counter to the bulk of their dwarf galaxies. An example is the Sculptor dwarf of the Milky Way, which orbits counter to the bulk of the disc of satellites. The modelling thus supports the scenario of the MW satellites being ancient tidal-dwarf galaxies formed from gaseous material stripped from another galaxy during an encounter with the young MW. A possible candidate for this galaxy is identified as the Magellanic Cloud progenitor galaxy. Its angular motion fits the angular motion of the MW disc of satellites objects. This scenario is in agreement with Lynden-Bell's original suggestion for the origin of the dSph satellites and the near-unbound orbit of the LMC.

研究の動機と目的

• 銀河の非等方的円盤状衛星系、特に逆軌道を回るスキュルプトール矮星族の起源を説明すること。
• 標準的な冷い暗黒物質宇宙論の予測と観測された衛星の運動学的特性との不一致を解消すること。
• 潮汐相互作用が、観測された軌道的特性を持つ前向きおよび後向きのデブリ集団を自然に生成できるかどうかを検証すること。
• 衛星系を形成した初期相互作用の初期条件（相対速度、衝突パラメータなど）を制約すること。
• 階層的吸収パラダイムに挑戦する形で、潮汐矮星銀河が古典的dSph衛星の起源である可能性を評価すること。

提案手法

• 質量比（1:1および4:1）と初期パラメータを変化させた74回のN体星動的シミュレーションを実施。
• 飛行および合体の両シナリオをシミュレートし、逆軌道を回る潮汐デブリの形成を評価。
• モデル粒子の軌道的進化を追跡し、角運動量の向きに基づいて前向きまたは後向きに分類。
• 初期相対速度および近点距離の関数として、後向き軌道にある粒子の割合を測定。
• デブリの位相空間分布を分析し、潮汐矮星銀河が形成される領域を同定。
• 前向きおよび後向きデブリにおけるシミュレートされた金属量勾配を、衛星における観測された[Fe/H]の違いと比較。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ディスク銀河間の潮汐相互作用が、観測された軌道的特性を持つ前向きおよび後向きのデブリ集団を自然に生成できるか？
• RQ2 観測された銀河の衛星系と一致する後向き物質の割合を持つデブリ系を形成するには、どのような初期条件（相対速度、衝突パラメータなど）が必要か？
• RQ3 シミュレートされたデブリの軌道極および遠星点は、観測された銀河の衛星系の分布とどのように比較できるか？
• RQ4 スキュルプトール矮星族の逆軌道的性質は、LMCの前身銀河との1回の潮汐相互作用によって説明可能か？
• RQ5 前向きおよび後向きデブリ間の金属量の違いが、衛星系の起源と進化にどのような制約を課えるか？

主な発見

• ディスク銀河間の飛行および合体の両シナリオにおいて、逆軌道を回る潮汐デブリが自然に形成され、飛行シナリオでは後向き材料が最初に形成される。
• 初期相対速度および衝突パラメータに応じて、後向き粒子の割合は数パーセントから50％まで変動し、相対速度が高いほど後向き物質の生成が増加する。
• 前向き粒子はわずかに中心に近い領域から起源するため、前向きと後向きデブリの[Fe/H]において約0.1 dexの金属量差が予測される。
• 前向き粒子の遠星点は後向き粒子よりも通常大きくなり、一部の前向き粒子は60 kpcを超える距離に達する。
• LMCの前身銀河との飛行シナリオは、観測された後向き物質の低割合およびスキュルプトールの軌道パラメータ（低い遠星点、金属量）と整合する。
• 初期相対速度が小さい合体シナリオでは、十分に高い遠星点を持つデブリを生成できず、このような出来事が現在の衛星系の起源である可能性は排除される。