[論文レビュー] Star formation and structure formation in galaxy collisions

F. Bournaud|ArXiv.org|Sep 9, 2009

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 5被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、銀河の相互作用に関する流体力学的シミュレーションと理論的モデルをレビューし、潮汐力に加えて重力トーラスが中心部のガス流入を駆動し、活発な星形成爆発を引き起こし、超星団や運動的に分離したコアのような長寿命の星形成構造を形成することを示している。主な貢献は、合体における中心部のガス流入および構造形成の主要メカニズムとして重力トーラスを確立したことである。生存する残骸は、現在の早期型銀河における過去の合体活動の証拠を提供する。

ABSTRACT

A number of theoretical and simulation results on star and structure formation in galaxy interactions and mergers is reviewed, and recent hydrodynamic simulations are presented. The role of gravity torques and ISM turbulence in galaxy interactions, in addition to the tidal field, is highlighted. Interactions can drive gas inflows towards the central kpc and trigger a central starburst, the intensity and statistical properties of which are discussed. A kinematically decoupled core and a supermassive central black hole can be fueled. Outside of the central kpc, many structures can form inside tidal tails, collisional ring, bridges, including super star clusters and tidal dwarf galaxies. The formation of super star clusters in galaxy mergers can now be directly resolved in hydrodynamic simulations. Their formation mechanisms and long-term evolution are reviewed, and the connection with present-day early-type galaxies is discussed.

研究の動機と目的

• 銀河の相互作用および合体におけるガス流入と星形成を駆動する物理的メカニズムを理解すること。
• ガスの運動および構造形成において、重力トーラスと潮汐場の役割を明確にすること。
• 超星団や潮汐矮星銀河などの長寿命の星形成構造の形成、生存、観測的特徴を調査すること。
• 合体に起因する現象と、運動的に分離したコアや金属豊富な球状星団を有する現在の早期型銀河の性質を結びつけること。
• 合体に起因する星形成爆発の後に星形成を終了させるメカニズムを探索すること。

提案手法

• ガスの運動および星形成を詳細にモデル化するための銀河相互作用および合体の流体力学的シミュレーション。
• 同伴からの非対称な重力場下でのディスク銀河における重力トーラスの分析。
• コローション半径の内側と外側で、潮汐場の効果と重力トーラス駆動の応答を比較すること。
• 3次元流体力学的シミュレーションを用いて、合体残骸における超星団および潮汐構造の形成を解明すること。
• 球状星団やKDC（運動的に分離したコア）などの長期間にわたる星形成構造の進化をモデル化し、生存可能性および観測可能性を評価すること。
• AGNおよびバーリアシックスのフィードバック機構を組み込み、合体後の星形成の抑制を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河合体における中心部のガス流入を駆動するのは、潮汐場か重力トーラスか？
• RQ2 重力トーラスはどのようにして合体残骸における超星団および潮汐矮星銀河を形成するのか？
• RQ3 運動的に分離したコアや超星団の生存および長期的進化を決定づける要因は何か？
• RQ4 合体残骸はどのようにして静止した早期型銀河に進化し、星形成を停止させるのか？
• RQ5 過去の合体が、現在の楕円銀河およびS0銀河に見られる高金属量の球状星団および運動的に分離したコアの存在をどの程度説明できるのか？

主な発見

• 重力トーラス（特にコローション内での負のトーラス）が、潮汐力に加えて中心部のガス流入を主に駆動しており、これは急速な内向きの流れを引き起こす。
• 合体における中心部の星形成爆発は非常に活発であり、超星団のような大規模でコンパクトな星形成系を形成しうる。これらの構造は、現在の流体力学的シミュレーションで直接解像可能である。
• 潮汐尾や衝突リングは、主に重力トーラスとエピサイクル運動に起因し、単に潮汐力に起因するものではない。
• 合体で形成された超星団は生存し、現在の球状星団に進化し得る。これは、早期型銀河に見られる高金属量の星団の起源を説明する。
• 運動的に分離したコア（KDC）は、合体後も長期間にわたり存続し、過去の湿った大規模合体の証拠となるが、他の形成メカニズムも存在する。
• 合体残骸における星形成の終了は、ガスの消費によるものではなく、形態的抑制（morphological quenching）によるものである。これは、巨大な星形成球状構造が残りのガスを安定化させ、AGNフィードバックやレム・プレッシャーなどの環境的要因が星形成をさらに抑制するためである。