[論文レビュー] Origin Of Tidal Structures In Modified Gravity

Michal Bílek, Ingo Thies+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 20, 2019

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、自己無矛盾なMOND N体シミュレーションを通じて、潮汐尾、ブリッジ、ストリーム、ねじれ、シェル、衛星ディスクといった潮汐構造が、合体を伴わない銀河の飛行によって形成可能であることを示している。これは、従来の合体起源仮説に挑戦するものである。主な結果は、MONDにおける弱い動的減衰と強化された潮汐矮星銀河形成が、銀河合体を必要とせずにこれらの特徴を生じさせることを示しており、天の川銀河やM31のような観測された潮汐形態の代替的説明として有効である。

ABSTRACT

The missing mass problem has not been solved decisively yet. Observations show that if gravity is to be modified, then the MOND theory is its excellent approximation on galactic scales. MOND suggests an adjustments of the laws of physics in the limit of low accelerations. Comparative simulations of interacting galaxies in MOND and Newtonian gravity with dark matter revealed two principal differences: 1) galaxies can have close flybys without ending in mergers in MOND because of weaker dynamical friction, and 2) tidal dwarf galaxies form very easily in MOND. When this is combined with the fact that many interacting galaxies are observed at high redshift, we obtain a new perspective on tidal features: they are often formed by non-merging encounters and tidal disruptions of tidal dwarf galaxies. Here we present the results from our self-consistent MOND $N$-body simulation of a close flyby of two galaxies similar to the Milky Way. It turns out that most types of the structures that are traditionally assigned to galaxy mergers can be formed by non-merging encounters, including tidal arms, bridges, streams, shells, disk warps, thick disks, and most probably also disks of satellites. The success of MOND in explaining the dynamics of galaxies hints us that this way of formation of tidal structures should be considered seriously.

研究の動機と目的

• 修正重力下で、従来は銀河合体に起因すると考えられてきた潮汐構造が、非合体的接近によって形成可能かどうかを調査すること。
• 銀河合体を必要とせずに、ストリーム、ねじれ、衛星ディスクなどの潮汐特徴がMONDでどのように形成されるかを検証すること。
• MONDにおける潮汐矮星銀河と動的減衰の役割が、銀河形態に与える影響を評価すること。
• MONDに基づくシミュレーションを、特に天の川銀河とM31における観測された潮汐特徴と比較すること。
• 非合体的飛行が複雑な潮汐形態を再現できることを示し、標準的ΛCDMパラダイムに挑戦すること。

提案手法

• 天の川型銀河同士の接近飛行を自己無矛盾なMOND N体シミュレーションで実施すること。
• 天の川とM31の観測された質量、サイズ、距離、相対速度に一致する初期条件を用いること。
• 低加速度領域における重力を修正するため、MOND補間関数を適用し、ΛCDMと比較して動的減衰を低減すること。
• 6.5 Gyrの進化過程で、潮汐尾、ブリッジ、ストリーム、ディスクのねじれ、衛星様構造の形成を追跡すること。
• 観測結果（モノコーネスストリームやM31の衛星ディスクなど）と比較し、シミュレートされた形態と運動学を照合すること。
• MONDフレームワーク内での潮汐矮星銀河の形成と、その後の潮汐力による侵食の評価を行うこと。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MOND下で、合体を伴わない条件下でもストリームやブリッジといった潮汐特徴が形成可能か？
• RQ2 MONDによる動的減衰の低減は、合体を回避するための接近飛行をどの程度可能にするか？
• RQ3 MONDシミュレーションで潮汐矮星銀河が形成され、生存可能であり、観測された衛星系を説明できるか？
• RQ4 MONDシミュレーションは、モノコーネスストリームや衛星ディスクといった観測された潮汐特徴の形態と運動学を再現できるか？
• RQ5 主要な合体を必要とせずに、MONDではどのように潮汐のねじれや厚みのあるディスクが形成されるのか？

主な発見

• シミュレーションでM31の周囲に形成された潮汐ストリームは、観測されたモノコーネスストリームと形態とサイズが一致した。
• 銀河間で潮汐ブリッジが形成され、相互作用系における観測された潮汐特徴と整合性を示した。
• シミュレートされた天の川のディスクねじれは、実際の天の川外縁ディスクの観測された振幅と向きと一致した。
• ストリーム内に潮汐矮星銀河が形成され、衛星系の起源を説明できる可能性を示した。
• 1000万光年未満の近点距離（24 kpc）にもかかわらず、MONDにおける動的減衰の抑制により、6.5 Gyr経過後も銀河は合体せず分離を維持した。
• シェルはシミュレーションで形成されなかったが、解析的検討により、MOND下で非合体的飛行からもシェルが生じうることを確認しており、より広範な枠組みを支持する。