[論文レビュー] Satellite Dwarf Galaxies in a Hierarchical Universe: Infall Histories, Group Preprocessing, and Reionization

Andrew Wetzel, Alis J. Deason+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 8, 2015

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、高解像度の宇宙論的シミュレーション（ELVIS）を用いて、銀河系およびアンドロメダの衛星矮星銀河の多くが、MW/M31のハローに落下する以前に、低質量のグループ（Mvir ~10^10–12 M☉）で事前に処理されていたことを示している。落下は約5–8 Gyr前に行われた。主な発見として、低質量衛星（Mstar < 10^6 M☉）の50％がグループ処理を経験しており、再電離の影響は、時空的に2–4 Gyrの隔たりを持つため、主ハロー環境とはほとんど分離されている。また、孤立したMW/M31ハローとペアになったMW/M31ハローでは、落下時期に顕著な差異は見られないが、再電離環境は顕著に異なる。

ABSTRACT

In the Local Group (LG), almost all satellite dwarf galaxies that are within the virial radius of the Milky Way (MW) and Andromeda (M31) exhibit strong environmental influence. The orbital histories of these satellites provide the key to understanding the role of the MW/M31 halo, lower-mass groups, and cosmic reionization on the evolution of dwarf galaxies. We examine the virial-infall histories of satellites with M_star = 10^{3-9} M_sun using the ELVIS suite of cosmological zoom-in dissipationless simulations of 48 MW/M31-like halos. Satellites at z = 0 fell into the MW/M31 halos typically 5 - 8 Gyr ago at z = 0.5 - 1. However, they first fell into any host halo typically 7 - 10 Gyr ago at z = 0.7 - 1.5. This difference arises because many satellites experienced "group preprocessing" in another host halo, typically of M_vir ~ 10^{10-12} M_sun, before falling into the MW/M31 halos. Satellites with lower mass and/or those closer to the MW/M31 fell in earlier and are more likely to have experienced group preprocessing; half of all satellites with M_star &lt; 10^6 M_sun were preprocessed in a group. Infalling groups also drive most satellite-satellite mergers within the MW/M31 halos. Finally, none of the surviving satellites at z = 0 were within the virial radius of their MW/M31 halo during reionization (z &gt; 6), and only &lt; 4% were satellites of any other host halo during reionization. Thus, effects of cosmic reionization versus host-halo environment on the formation histories of surviving dwarf galaxies in the LG occurred at distinct epochs, separated typically by 2 - 4 Gyr, so they are separable theoretically and, in principle, observationally.

研究の動機と目的

• ローカル団内の衛星矮星銀河の環境的歴史を理解すること、特にグループ処理と主ハロー効果の役割を明らかにすること。
• 近接する巨大ハロー（例：M31）が、孤立したMW/M31に類似した系と比較して、衛星矮星の落下および事前処理の歴史に影響を及ぼすかを特定すること。
• 宇宙の再電離と、最終段階の主ハロー環境が、生存する矮星銀河の形成と進化に与える影響を分離すること。
• グループ処理のタイミングと頻度を定量化し、その衛星の形状、ガス含量、星形成の抑制に与える影響を評価すること。

提案手法

• 高質量および空間解像度を備えた48個のMW/M31に類似したハローを対象とした、ELVISという宇宙論的ズームイン非熱的シミュレーション・スイートを用いた。
• 衛星矮星（Mstar = 10^3–10^9 M☉）の全軌道的および主ハロー歴史を、高赤方偏移（z > 6）からz = 0まで追跡し、すべてのハロー移行を同定した。
• 「バリアル落下」として、衛星が初めて現在のハローのバリアル半径内に入った時刻を定義し、
• 「グループ処理」として、Mvir ~10^10–12 M☉のハロー内で事前に衛星として存在していた状態を定義した。
• 大規模環境の影響を分離するために、質量が一致する孤立したMW/M31に類似したハローとペアになったMW/M31に類似したハローの衛星集団を比較した。
• MW/M31ハロー内の粒子のラグランジュ的体積をz > 6まで遡って追跡し、再電離期における近接するハローへの接近度を評価した。
• ハロー間の散乱を考慮した誤差バーを用いて、特定の落下および処理歴史を持つ衛星の中央値および累積割合を用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 衛星矮星がMW/M31ハローに落下する典型的な時期は何か？ これは、衛星が任意のハローに最初に落下した時期と比較するとどうなるか？
• RQ2 矮星衛星のグループ処理はどれほど一般的か？ また、衛星質量およびMW/M31への近接度に依存するか？
• RQ3 宇宙の再電離と、最終段階の主ハロー環境が矮星銀河に与える影響が、時間的にどれほど重複するか？
• RQ4 近接する巨大ハロー（例：M31）が、孤立したMW/M31系と比較して、衛星の事前処理および落下歴史にどのように影響を与えるか？
• RQ5 再電離期（z > 6）における衛星の前身の環境的状況は何か？ また、ペア化されたハローと孤立したハローではどのように異なるか？

主な発見

• z=0における衛星のMW/M31ハローへの落下は5–8 Gyr前（z ≈ 0.5–1）に起こったが、任意のハローへの最初の落下は7–10 Gyr前（z ≈ 0.7–1.5）に起こっており、広範なグループ処理が確認された。
• Mstar < 10^6 M☉の衛星の半数がグループで処理されていた。質量が小さく、MW/M31に近い衛星ほど、この処理を経験する可能性が高かった。
• 落下中のグループが、MW/M31ハロー内での衛星-衛星合体の大部分を引き起こしていた。
• z=0における生存衛星の全員が再電離期（z > 6）に任意のハローのバリアル半径内にいなかった。また、その時期に他のハローの衛星ではなかった割合は4％未満であった。
• 再電離と主ハロー環境の影響は、通常2–4 Gyrの隔たりを持つ異なる時期に発生しており、理論的および観測的に分離可能である。
• 孤立したMW/M31ハローはペア化されたハローと同様の落下時期を示したが、z > 6における衛星の前身は平均して約2倍、近隣のハローに近づいていた。これは、ペアの場合にラグランジュ的体積が広がり、周囲のハローが希釈されたためである。