[論文レビュー] The co-planarity of satellite galaxies delivered by randomly aligned cold mode accretion streams

Tobias Goerdt, Andreas Burkert+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 8, 2013

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 6被引用数 13

ひとこと要約

本論文は、アンドロメダ銀河の衛星銀河の薄い平面が、ガスとクラスタを運ぶコールドモード降着ストリームによって自然に生じることを提案する。幾何確率モデルを用いて、3つのランダムに配置されたコールドストリームが、観測された共面性と回転整列を再現可能であり、48%の衛星が薄い平面内に存在する——散乱を必要としない観測と一致する。

ABSTRACT

Recent observations have shown that the majority of the Andromeda galaxy's satellites are aligned in a thin plane. On the theoretical side it has been proposed that galaxies acquire their gas via cold streams. In addition, numerical simulations show that the same streams also deliver gas clumps which could potentially develop into satellite galaxies. Assuming that cold streams are a major source of satellite systems around galaxies we calculate the probabilities in two different models to find a certain fraction of satellites within a thin plane around the central galaxy of the host halo with and without having the same sense of rotation. Using simple geometrical considerations and adopting a random orientation of the streams we demonstrate that the vast thin disk of satellites detected around Andromeda can naturally be explained within this framework. In fact, without any satellite scattering, two streams would lead to too many satellites in the thin plane, compared with the observations. Three streams reproduce the observations very well. Natural implications from our model are that all massive galaxies should have a thin plane of satellites and that the satellites should naturally distribute themselves not only into a single plane but into several inclined ones. We estimate the effect of additional satellites accreted from random directions and find it to be of minor relevance for a mild inflow of satellites from random directions.

研究の動機と目的

• コールドモード降着ストリームを主な形成機構として用いて、アンドロメダ銀河周辺の観測された衛星銀河の薄い平面を説明すること。
• ランダムに配置されたコールドストリームが、観測された共面性と共回転を再現できるかどうかを評価すること。
• 観測された薄い平面内の衛星の割合を再現するために必要なストリーム数を特定すること。
• ランダムな方向から降着する追加の衛星が、平面性と回転整列に与える影響を評価すること。
• コールドストリームモデルが、ローカル団において観測されたように複数の傾いた平面の衛星を自然に予測できるかどうかをテストすること。

提案手法

• 中心ハローに衛星銀河を降着させるランダムに配置されたコールドストリームをモデル化するために、モンテカルロシミュレーションを採用した。
• 特定の割合の衛星が薄い平面内に存在する確率を推定するために、幾何確率計算を用いた。
• 2つのモデルを区別した：径方向軌道（位置のみ）と平面軌道（位置と回転方向を考慮）。
• シミュレーションに、追加の衛星がランダムな方向から降着する影響を評価するため、やや強い流入率（≤25%）を導入した。
• 両方のモデルにおいて、ランダムな方向からの降着を含む・含まない状況で、少なくとも48%の衛星が薄い平面内に存在する確率を計算した。
• ストリーム構成は、ハローあたり2〜4本の主要ストリームを示す宇宙論的シミュレーションに基づき、3本が最も一般的であるとされた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コールドモード降着ストリームは、アンドロメダ銀河の観測された衛星の薄い平面を自然に生成できるか？
• RQ2 観測された共面性と共回転を再現するには、何本のコールドストリームが必要か？
• RQ3 ランダムな方向からの衛星の降着を含めると、薄い平面が形成される確率にどのような影響を与えるか？
• RQ4 コールドストリームモデルは、ローカル団で観測されたように複数の傾いた衛星平面を予測できるか？
• RQ5 アンドロメダの衛星の観測された整列は、ランダムに配置されたストリームに基づく幾何確率モデルと整合的か？

主な発見

• 径方向軌道モデルおよび平面軌道モデルの両方において、薄い平面内に少なくとも48%の衛星が存在する確率は、ストリーム数に応じて50%〜100%の範囲に達する。
• 3本のコールドストリームは、観測されたアンドロメダの衛星分布を高い確率で再現可能であり、2本のストリームでは散乱が顕著に起こらない限り、平面内衛星が過剰に生成される。
• 散乱がない場合、観測を一致させるには2本を超えるストリームが必要であり、3本が最も可能性の高い構成である。
• 回転方向を考慮する平面軌道モデルは、軌道面がストリームの方向と整列するため、確率が高くなる。
• やや強い流入（≤25%）のランダムな方向からの衛星降着は、平面性の結果にほとんど影響を与えず、モデルの予測を保持する。
• このモデルは、アンドロメダのような質量の大きな銀河がすべて薄い衛星平面を有すると予測し、複数の傾いた平面が自然に形成され得ると示唆する。