[論文レビュー] The Merging History of the Milky Way Disk

Rosemary F. Ġ. Wyse|arXiv (Cornell University)|Dec 12, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 10

ひとこと要約

本論文は、銀河のディスクが静穏で初期の合体歴史を経て形成されたと主張しており、厚いディスクは赤方偏移 z ≈ 2 で発生した単一のマイナー合体によって作られた可能性が高く、以降の吸収は最小限に抑えられている。分析では、ハローおよび厚いディスクにおける星の運動学的性質と位相空間構造を用いて、合体の時期と質量を制約し、z ≈ 2 以降に顕著な合体が発生していないこと、したがってディスクの冷たく薄い構造が保たれていると結論している。

ABSTRACT

The stellar populations of the stellar halo and of the thick disk of the Milky Way reveal much about the merging history that our Galaxy, a typical large disk galaxy, has experienced. Our current understanding, described here, implies a rather quiet evolution for the disk, back to redshifts of order 2.

研究の動機と目的

• ハローおよび厚いディスク内の星の集団を用いて、銀河のディスクの合体歴を特定すること。
• ディスクの加熱と位相空間の特徴を分析することで、過去の合体の時期と質量を制約すること。
• 観測された厚いディスクおよびハローの性質が、階層的銀河形成モデルと整合するかどうかを検証すること。
• 冷たいディスク形成における角運動量問題とCDMモデルにおける衛星の過剰な存在に関する、静穏な合体歴の意味を評価すること。

提案手法

• 吸収された衛星からの軌道的エネルギー移動によって引き起こされるディスクの垂直構造および速度分散の変化を、加熱式 Δσ² ∝ (M_satellite / M_disk) × v_s² を用いて分析する。
• 広域スキャン（例：スローンデジタルスカイサーベイ）を用いて、外側ハローにおける破壊された衛星を追跡する位相空間構造を用いる。
• ハロー星および球状星団の観測された年齢分布と金属量分布を比較し、母体衛星における初期で短期間の星形成を推測する。
• 太陽の年齢とディスクの運動学的性質を制約として用い、最後の顕著な合体の時期に下限を設定する。
• 厚いディスクの年齢（約12.5 Gyr）が単一の初期合体と整合することを評価し、以降の吸収イベントを除外する。
• 予測される合体率と観測されたディスク構造およびハロー質量分布を比較することで、宇宙論的モデルを検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河の厚いディスクに寄与した最後の顕著な合体の時期と質量は何か？
• RQ2 星のハローにおける位相空間の特徴は、ディスクの物質供給歴をどの程度制約するか？
• RQ3 ハロー星および球状星団の観測された年齢分布は、吸収された衛星における初期で短期間の星形成をどの程度支持するか？
• RQ4 観測された薄さと低速度分散を持つ銀河のディスクは、階層的銀河形成モデルと調和することができるか？
• RQ5 厚いディスクに若い星が存在しないという事実は、銀河の歴史における主要合体の時期にどのような制約を課えるか？

主な発見

• 厚いディスクは、最も古い星の年齢（約12.5 Gyr）を根拠に、赤方偏移 z ≈ 2 で発生した単一のマイナー合体によって形成された可能性が高い。
• z ≈ 2 以降に顕著な合体が発生していないことは、厚いディスクに若い星が存在しないことと、薄いディスクの冷たい運動学的性質が保たれていることから裏付けられている。
• 星のハローは、太陽の軌道内（8 kpc以内）に全ハロー質量のおよそ20％を有しており、これは低密度の衛星が初期に吸収されたことに合致しており、その結果、ハロー物質の大部分が太陽の軌道内に存在することを示している。
• 外側ハローにおける位相空間構造（例：サジタリウスdSph）は、過去の吸収の長期間にわたる痕跡を示しており、Sgr dSphの外側質量は10^8 L⊙未満であると制限され、破壊モデルの制約に役立っている。
• 厚いディスクに若い星が存在しないことは、形成以降のディスクの加熱が最小限であったことを示しており、静穏な合体歴を支持する。
• z ≈ 2 までに巨大な薄いディスク（約10^10 M⊙）が形成されたことは、高赤方偏移における拡張ディスクの観測と整合しており、角運動量問題の解決策としての遅延ガス供給を除外する。