[論文レビュー] Pattern speed evolution and bar reformation

F. Combes|ArXiv.org|Nov 2, 2008

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、ガス降着が繰り返しディスク不安定性を引き起こすことで、渦巻き銀河におけるバーの自己調整的サイクル（形成・破壊・再形成）を駆動すると提案している。シミュレーションの結果、角運動量の輸送と中心質量集中によりガス流入がバーを弱体化させる一方、持続的降着（5–10 M☉/yr）が行われると、パターン速度が低いバーが再形成され、観測されるバーの高い頻度と形態的進化を説明できる。

ABSTRACT

Bars in spiral galaxies can weaken through gas inflow towards the center, and angular momentum transfer. Several bar episodes can follow one another in the life of the galaxy, if sufficient gas is accreted from the intergalactic medium to revive young disks. Pattern speeds of the successive bars are different, due to mass concentration, or increased velocity dispersion of the remaining stellar component. In the same time, the spiral galaxy evolves in morphological type. Numerical simulations are presented, trying to correlate type and bar pattern speeds.

研究の動機と目的

• バーが弱体化・消失する傾向があるにもかかわらず、観測されるバーの高い頻度を説明すること。
• 銀河間物質からのガス降着がバーの進化およびパターン速度の変化に与える影響を調査すること。
• ガス流入と降着がディスク銀河における繰り返しバー形成サイクルを維持できるかどうかを特定すること。
• ガスがバーのダイナミクス（パターン速度の進化やピーナッツボディ形成を含む構造的変化）に果たす役割を評価すること。
• 観測された銀河の形態的進化をガス駆動バーのサイクルと角運動量輸送メカニズムに結びつけること。

提案手法

• ガス割合と降着率（5–10 M☉/yr）を変化させたディスク銀河の数値シミュレーションを用いて、時間経過に伴うバー進化をモデル化する。
• バー強度の時間的変化をフーリエ分解し、パワースペクトルを計算し、$ Power(ω,r) = ∫ Q_2(t,r) e^{iω t} dt $ を用いてパターン速度を抽出する。
• ガス降着あり・なしのモデルを比較し、ダークマターハローのプロファイル（NFW、剛体、最大ディスク）の違いを含む。
• 3.3 kpcにおける$ Q_2 = F_{⁡m=2, τ} / F_{⁡radial} $ を用いてバー強度を追跡し、バー進化を定量化する。
• ディスク加熱と安定性の変化をモデル化するため、星形成とフィードバック効果を組み込む。
• 表面密度プロファイルと半径方向の不連続性を分析し、連続するバー形成の痕跡を特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 持続的ガス降着は、渦巻き銀河におけるバーの形成・破壊・再形成にどのように影響するか？
• RQ2 ガス流入はバーのパターン速度を低下させ、軌道ダイナミクスをどのように変化させるか？
• RQ3 なぜ低パターン速度のバーが破壊後に再形成されるのか？これはディスク安定性とどのように関係するか？
• RQ4 質量の大きなダークマターハローが、ガスによるバー破壊効率にどのように影響するか？
• RQ5 ガス降着は、観測された形態的進化と渦巻き銀河における高いバー頻度を説明できるか？

主な発見

• ディスク質量の1–2%に相当するガス流入があれば、主に角運動量の交換によりバーが破壊され、レンズ状構造に変化する。
• 5 M☉/yrのガス降着が継続すると、バーは維持され、再形成され、初期バー（28 km/s/kpc）よりも低いパターン速度（18 km/s/kpc）で新たなバーが形成される。
• ガス降着なしのモデルでは、バーは急速に破壊され、パワースペクトルに28 km/s/kpcで明確なピークが1つ現れる。
• ガス降着ありのモデルでは、パワースペクトルに2つの特徴が現れる：初期バーと新たな遅いバーで、バー形成と進化のサイクルが示唆される。
• ガスの存在により、垂直方向のピーナッツ構造の形成が妨げられたり遅らせられ、軌道の混沌乱が増加し、垂直共鳴を破壊する。
• 軌道の伸びとディスク加熱によりパターン速度は時間経過とともに低下し、バーは常にコリレーション半径付近に安定化するが、遅いバーは半径方向により広がる。