[論文レビュー] The diverse nature and formation paths of slow rotator galaxies in the EAGLE simulations

Claudia del P. Lagos, Éric Emsellem+6 more|arXiv (Cornell University)|Dec 15, 2020

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 6被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、z=0におけるEAGLEシミュレーションを用いて、スローロテーター（SR）銀河の分析を行い、合体—特にマジョル・ミニマム合体—が運動論的変化を引き起こし、三軸性と外部起源星族分率を増加させることを明らかにした。主な発見は、AGNフィードバックによる停止が通常、運動論的変化の前に発生するが、衛星においては合体と環境要因が共同してSR形成を引き起こし、平坦型、丸型、縦長型SRの形成経路が異なることである。

ABSTRACT

We use a sample of $z=0$ galaxies visually classified as slow rotators (SRs) in the EAGLE hydrodynamical simulations to explore the effect of galaxy mergers on their formation, characterise their intrinsic galaxy properties, and study the connection between quenching and kinematic transformation. SRs that have had major or minor mergers (mass ratios $\ge 0.3$ and $0.1-0.3$, respectively) tend to have a higher triaxiality parameter and ex-situ stellar fractions than those that had exclusively very minor mergers or formed in the absence of mergers (no-merger SRs). No-merger SRs are more compact, have lower black hole-to-stellar mass ratios and quenched later than other SRs, leaving imprints on their $z=0$ chemical composition. For the vast majority of SRs we find that quenching, driven by active galactic nuclei feedback, precedes kinematic transformation, except for satellite SRs, in which these processes happen in tandem. However, in $\approx 50$\% of these satellites, satellite-satellite mergers are responsible for their SR fate, while environment (i.e. tidal field and interactions with the central) can account for the transformation in the rest. By splitting SRs into kinematic sub-classes, we find that flat SRs prefer major mergers; round SRs prefer minor or very minor mergers; prolate SRs prefer gas-poor mergers. Flat and prolate SRs are more common among satellites hosted by massive halos ($>10^{13.6}\, m M_{\odot}$) and centrals of high masses ($M_{\star} > 10^{10.5}\, m M_{\odot}$). Although EAGLE galaxies display kinematic properties that broadly agree with observations, there are areas of disagreement, such as inverted stellar age and velocity dispersion profiles. We discuss these and how upcoming simulations can solve them.

研究の動機と目的

• EAGLEシミュレーションにおけるスローロテーター（SR）銀河の形成メカニズムを理解すること。
• マジョル、ミニマム、および非常にミニマムな合体が、三軸性や星族分率といったSRの性質に与える影響を調査すること。
• SRにおける停止（AGNフィードバックによる）と運動論的変化の時間的関係を検討すること。
• 運動論的形態（平坦型、丸型、縦長型）に応じてSRを分類し、それらの形成経路とホーミングホールの質量と関連付けること。
• 観測とシミュレーションのSR性質の乖離、例えば逆転した年齢分布および速度分散プロファイルを特定し、今後のシミュレーション改善のための提案を行うこと。

提案手法

• EAGLE流体ダイナミクス的シミュレーションから、z=0における視覚的分類でスローロテーター（SRs）とされた銀河のサンプルを用いた。
• 質量比（マジョル：≥0.3、ミニマム：0.1–0.3、非常にミニマム：<0.1）と、停止および運動論的変化に相対する合体時刻を分析することで、SRの合体歴を追跡した。
• 三軸性、外部起源星族分率、ブラックホール質量比、コンパクトネスといった内在的性質を定量化した。
• 形状と回転性質に基づき、SRを運動論的サブクラス（平坦型、丸型、縦長型）に分類した。
• 観測データと比較することで、シミュレートされたSRの運動論的性質と構造的プロファイルに乖離がないかを検討し、例えば逆転した星族年齢分布および速度分散プロファイルといった乖離を特定した。
• 環境的要因、特に潮汐場と中心銀河との相互作用を含めた影響を分析し、特に衛星SRにおいて注目した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 EAGLEシミュレーションにおけるスローロテーター銀河の形成において、銀河合体が果たす役割は何か？
• RQ2 合体歴（マジョル、ミニマム、非常にミニマム、または合体なし）が、SRの構造的および運動論的性質に与える影響は何か？
• RQ3 SR形成において、停止と運動論的変化のどちらが先に起こるか。また、中心銀河と衛星銀河でその順序はどのように異なるか？
• RQ4 異なる運動論的形態（平坦型、丸型、縦長型）のSRの形成経路は、それぞれどのように異なるか？
• RQ5 シミュレートされたSR性質は観測とどの程度一致しているか。残存する乖離は何か？

主な発見

• 質量比が≥0.3（マジョル）または0.1–0.3（ミニマム）の合体を経験したSRは、合体なしのSRに比べ、より高い三軸性とより高い外部起源星族分率を示す。
• 合体なしのSRはよりコンパクトで、ブラックホール質量比が低く、合体影響を受けるSRよりも遅く停止する。これは明確な化学的痕跡を残す。
• 大多数のSRでは、AGNフィードバックによる停止が運動論的変化の前に発生するが、約50％の衛星SRでは、停止と変化が同時に発生する。
• 衛星SRの約50％は衛星同士の合体によって変化し、残りの50％は潮汐場や中心銀河との相互作用といった環境的要因によって形作られる。
• 平坦型SRはマジョル合体を好む。丸型SRはミニマムまたは非常にミニマム合体を好む。縦長型SRはガスが乏しい合体を好む。
• 平坦型および縦長型SRは、質量が10^13.6 M☉を超える大規模なハローおよび質量が10^10.5 M☉を超える高質量中心銀河に多く見られ、環境的および質量依存的形成傾向を示している。