[論文レビュー] Re-interpretation of "Bar slowdown and the distribution of dark matter in barred galaxies" by Athanassoula

J. A. Sellwood, Victor P. Debattista|arXiv (Cornell University)|Oct 3, 2014

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 9

ひとこと要約

本稿は、アタナソウラ（2014）の主張である『バーの corotation 半径とバー長さの比（$\mathcal{R} = R_c/a_B$）は、ディスク質量優位性を制約できない』という主張を再評価する。初期進化段階におけるガス流入が質量を再分配し、初期には非最大ディスクであったものがバー形成時点で実質的に最大ディスクとなる。その結果、動的摩擦が軽減され、高速バー（$\mathcal{R} \lesssim 1.4$）が形成される。よって、$\mathcal{R} \sim 1.2 \pm 0.2$ は依然として近似的に最大ディスクであることを示す強力な指標のままである。

ABSTRACT

Athanassoula (2014) has claimed that measurements of the ratio of corotation radius to bar length in galaxies do not place a constraint on the disk to halo mass ratio. Her conclusion was based on a series of simulations published by Athanassoula et al. (2013). Here we show that these results are, in fact, consistent with previous work on the slow down of bars due to dynamical friction because gas inflow rearranges the disk mass before the bar settles. It therefore remains true that a bar rotating sufficiently fast that corotation is not far beyond the bar end requires a near maximum disk.

研究の動機と目的

• アタナソウラ（2014）と先行研究との間で生じる矛盾、すなわち $\mathcal{R} = R_c/a_B$ がディスク対ハロー質量比を制約できるかどうかを解消すること。
• 同じ初期ハロー質量分布を持つがガス分率が異なるシミュレーションで $\mathcal{R}$ 値が異なる理由を調査すること。
• 動的摩擦基準がバー形成時の質量分布に依存するが、初期条件ではないことを明確にすること。
• 初期ガス流入がディスク構造をどのように変化させ、初期に非最大であったディスクがバー形成時点で実質的に最大ディスクとなるかを示すこと。

提案手法

• アタナソウラら（2013）の15個のシミュレーションの時系列データを分析し、$\mathcal{R}$ の時間的変化を追跡する。
• 同じシミュレーションから得た、特に1 kpc内でのディスク質量の進化と $\mathcal{R}$ 値を比較する。
• 同形収縮近似を用いて、質量再分配がピーク円運動速度とディスク優位性に与える影響を推定する。
• ハローの非球面性がガス流入および質量集中に与える影響を評価し、$\mathcal{R}$ の変動と関連付ける。
• バー形成時の有効質量分布に注目することで、動的摩擦基準を再検討する。初期条件ではなく、バー形成時の状態に依存する。
• 質量進化を考慮した場合、観測された $\mathcal{R}$ の傾向がデバティスタ＆セロウッド（2000）の予測と整合することを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜアタナソウラ（2014）のガス豊富なディスクシミュレーションでは、初期状態が非最大であるにもかかわらず高速バー（$\mathcal{R} \lesssim 1.4$）が生成されるのか？
• RQ2 初期ガス分率が異なるシミュレーションにおいて、初期ガス流入がディスクの力学的構造にどのように影響を与えるか？
• RQ3 観測された $\mathcal{R}$ 値が初期条件ではなく、バー測定時における質量分布に依存する程度はどの程度か？
• RQ4 なぜ非球面的ハローはガス流入を促進し、球形ハローと異なった方法で $\mathcal{R}$ 値に影響を与えるのか？
• RQ5 シミュレーション間で観測される $\mathcal{R}$ の変動は、バーの減速に関する動的摩擦基準と整合的か？

主な発見

• アタナソウラのシミュレーションにおける最終的な $\mathcal{R}$ 値は、初期ガス分率が高くなるにつれて系統的に減少し、ガス豊富なモデルでより高速なバーが生成されることを示している。
• 特にガス分率が高いモデルでは、進化の最初の2 Gyrの間に1 kpc内ディスク質量が顕著に増加し、100%ガスの場合には4倍にまで増加した。
• ガス流入に伴う質量再分配により、初期は非最大であったディスクがバー形成時点で実質的に最大ディスクとなる。その結果、バーに対する動的摩擦が軽減される。
• ガス豊富なモデルではバーのサイズが小さくなる（例：100%ガスでは $a_B \sim 5$ kpc、純粋な星系ディスクでは $\sim 10$ kpc）ため、摩擦がさらに弱まる。
• バー形成時の有効ディスク質量を考慮すれば、観測された $\mathcal{R}$ 値は動的摩擦基準と整合的である。初期質量分布ではなく、バー形成時の状態が重要である。
• 「$\mathcal{R}$ はディスク質量優位性を制約できない」という主張は、基準が初期条件ではなく進化後の質量分布に依存することを誤解していることに起因する。