[論文レビュー] On the nature of bulges in general and of box/peanut bulges in particular. Input from $N$-body simulations

E. Athanassoula|arXiv (Cornell University)|Feb 16, 2005

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、N体シミュレーションを用いて、円盤銀河における3種類のバルジ—クラシカル、ボクシー/ペナント、ディスク風—の明確な区別を提案する。ボクシー/ペナント構造は単に棒の縁側からの視認であることが示され、長年のバルジ分類の混乱を解消するための新しい用語体系が提唱されている。シミュレーションにより、クラシカルバルジとボクシー/ペナント構造が共存可能であることが確認された。

ABSTRACT

Objects designated as bulges in disc galaxies do not form a homogeneous class. I distinguish three types. The classical bulges, whose properties are similar to those of ellipticals and which form by collapse or merging. Boxy and peanut bulges, which are seen in near edge-on galaxies and which are in fact just a part of the bar seen edge-on. Finally disc-like bulges, which result from the inflow of (mainly) gas to the center-most parts, and subsequent star formation. I make a detailed comparison of the properties of boxy and peanut bulges with those of $N$-body bars seen edge-on and answer previously voiced objections about the links between the two. I also present and analyse simulations where a boxy /peanut feature is present at the same time as a classical spheroidal bulge and compare them with observations. Finally, I propose a nomenclature that can help distinguish between the three types of bulges and avoid considerable confusion.

研究の動機と目的

• 形成メカニズムと構造的性質に基づき、3つの明確に異なるバルジタイプを区別することで、長年の銀河バルジ分類の混乱を解消すること。
• N体シミュレーションを通じて、ボクシーおよびペナントバルジが独立した構造的成分ではなく、棒の縁側からの視認であることを示すこと。
• ボクシー/ペナント特徴と棒の関連をめぐる過去の反論に対し、詳細なシミュレーション比較を提供することで対処すること。
• クラシカルな球状バルジとボクシー/ペナント構造を併存させるシステムをモデル化し、観測的制約に適合するかを検証すること。
• 形成メカニズムと形状に基づく新しい用語体系を提唱し、将来的な研究における誤分類を防ぐ標準化を図ること。

提案手法

• 円盤銀河の高分解能N体シミュレーションを実施し、棒の形成と進化、およびその縁側からの投影をモデル化する。
• 縁側から見た棒の運動学的および構造的性質を分析し、観測されたボクシー/ペナントバルジに一致する特徴を同定する。
• シミュレートされた棒の縁側視認像と、縁側銀河における実際のボクシー/ペナント特徴を比較し、同定を検証する。
• クラシカルな球状バルジと棒に起因するボクシー/ペナント構造を併せ持つシミュレーションを実施し、両者の共存と観測的外観を評価する。
• 位相空間および密度分布解析を用いて、クラシカルバルジ（収縮または合体によって形成）と棒関連のボクシー/ペナント特徴を区別する。
• 形成メカニズムと形態に基づく新しい用語体系を提唱し、銀河研究におけるバルジ分類の標準化を図る。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ボクシーおよびペナントバルジは、クラシカルバルジとは構造的・力学的に独立しているのか、それとも単に棒の縁側からの視認にすぎないのか？
• RQ2 N体シミュレーションで得られた棒の構造的および運動学的性質は、縁側銀河における観測されたボクシー/ペナント特徴とどのように一致するか？
• RQ3 クラシカルな球状バルジとボクシー/ペナント構造は、同じ銀河に共存可能であり、縁側視認ではどのように見えるか？
• RQ4 ボクシー/ペナントバルジの棒起源仮説に対してこれまでに提起された反論は何か？それらはシミュレーションによってどのように解決されたか？
• RQ5 クラシカルバルジ、ボクシー/ペナントバルジ、ディスク風バルジを明確に区別できる標準化された用語体系は何か？

主な発見

• ボクシーおよびペナントバルジは独立した構造的成分ではなく、棒の縁側投影にすぎないことがN体シミュレーションで確認された。
• シミュレーションは、縁側銀河における観測されたボクシー/ペナント形状を正確に再現し、棒起源モデルの妥当性を裏付けた。
• シミュレートされた縁側からの棒と実際のボクシー/ペナントバルジとの間に顕著な運動学的・構造的差異は認められず、両者が同一の特徴であるという主張を支持した。
• クラシカルな球状バルジとボクシー/ペナント構造を併せ持つシミュレーションでは、両成分が共存可能であり、縁側視認でも観測的に区別可能であることが示された。
• 本稿は、過去の棒起源仮説に対する反論を、シミュレーションと観測の間で一貫した形態的および力学的整合性を示すことで、効果的に解決した。
• クラシカルバルジ（収縮または合体によって形成）とボクシー/ペナントバルジ（縁側の棒）とディスク風バルジ（ガス流入と星形成によって形成）を明確に区別する新しい用語体系が提唱された。