[論文レビュー] Star formation and the interstellar medium in low surface brightness galaxies. III. Why they are blue, thin and poor in molecular gas

Jeroen Gerritsen, W. J. G. de Blok|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|Oct 7, 1998

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 8

ひとこと要約

この論文はN体シミュレーションを用いて、低表面ねらい度（LSB）銀河が、低金属量がガス冷却を抑制するため、青く、薄く、分子ガスが乏しいことを示している。モデルは分子ガス分率が5%未満であると予測し、星形成率は強く変動する。これはLSB銀河の色分散を説明し、ガス豊富な青いLSB銀河の大多数が、小さな赤く静止的でガス豊富な集団（≤20%）と共存している可能性を示唆している。

ABSTRACT

We present N-body simulations of Low Surface Brightness (LSB) galaxies and their Interstellar Medium to investigate the cause for their low star formation rates (SFR).Due to their massive halos, stellar disks of LSB galaxies are very stable and thin. Lack of dust makes the projected edge-on surface brightness of LSB galaxies comparable to the projected edge-on surface brightness of dust-rich High Surface Brightness (HSB) galaxies of similar size. We show that the low surface densities found in LSB galaxies are by themselves not enough to explain the slow evolution of LSB galaxies. A low metal content of the gas is essential. As a consequence the gas cools inefficiently, resulting in an almost negligible cold gas fraction. We show that LSB galaxies must have molecular gas fractions of less than 5 percent. Our best model has a SFR which is on average low but fluctuates strongly. This causes the large spread in colors of LSB galaxies. From a distribution of birthrate parameters we conclude that the presently-known and modeled gas-rich blue LSB galaxies constitute the majority of the total population of gas-rich LSB disk galaxies. We deduce the existence of an additional red, quiescent and gas-rich population which constitutes less than 20 percent of the total population. This does not rule out the existence of a large number of gas-poor LSB galaxies. These must however have had an evolutionary history dramatically different from that of the gas-rich galaxies.

研究の動機と目的

• 高ガス分率を示すにもかかわらず、低表面ねらい度（LSB）銀河が低星形成率（SFR）を示す理由を調査すること。
• LSB銀河で観測された青色、薄いディスク構造、低分子ガス含有量の物理的起源を説明すること。
• 金属量とガス冷却効率が、LSBシステムの星間媒体および星形成に与える役割を特定すること。
• ガス豊富なLSB銀河の集団分布を評価し、静止的で赤くガス豊富なサブグループの存在を検討すること。
• ガス豊富とガス貧困の集団を、形成経路に基づいて区別できるようにLSB銀河の進化歴をモデル化すること。

提案手法

• 星間媒体（ISM）の流体力学的モデルを組み合わせたLSB銀河のN体シミュレーションを実施する。
• 金属量に依存する放射冷却プロセスを組み込み、ガス温度と相構造をモデル化する。
• 多相ISMモデルを用いて、原子ガス・分子ガス・冷たいガス相の間の遷移を追跡する。
• 不安定性やガス力学的要因に起因する変動を考慮した星形成率（SFR）の時間的進化をシミュレートする。
• シミュレートされた色分布と出生率パラメータを、観測されたLSB銀河集団と比較する。
• 金属量依存の冷却効率を用いて、特に低金属量環境における分子状態ガスの割合を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低表面ねらい度銀河は、高ガス含有量を示すにもかかわらず、なぜ低星形成率を示すのか？
• RQ2 低金属量は、LSB銀河におけるガス冷却およびそれによる分子ガス分率にどのように影響するのか？
• RQ3 LSB銀河で観測された青色と薄いディスク構造は、何によって引き起こされるのか？
• RQ4 全LSB銀河集団のうち、静止的で赤くガス豊富なシステムが占める割合はどの程度か？
• RQ5 星形成の変動は、LSB銀河における観測された色分散を説明できるか？

主な発見

• LSB銀河における低金属量がガス冷却を抑制し、冷たいガス分率が著しく低下し、分子ガス分率が5%未満にまで低下する。
• LSB銀河の薄く安定したディスク構造は、低表面密度そのものではなく、巨大なダークマター・ハローのおかげで維持されている。
• 最良の適合モデルでは、星形成率が時間的に強く変動し、LSB銀河における広い色分散が説明できる。
• ガス豊富なLSBディスク銀河の大多数は青く、活発に星形成を行っており、観測された出生率パラメータと整合的である。
• 赤く静止的だがガス豊富なLSB銀河の少数集団（≤20%）が存在する可能性があり、これは別個の進化経路を示唆している。
• ガス貧困のLSB銀河は、ガス豊富な同種とは著しく異なる進化歴をたどったものとみるべきである。