[논문 리뷰] Fragmentation of Expanding Shells in Spiral and Irregular Galaxies

S. Ehlerová, Jan Palouš외 2명|arXiv (Cornell University)|1997. 12. 15.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 5인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 3차원 유체역학 시뮬레이션과 분석 모델을 사용하여 나설파고 불규칙은하에서 팽창하는 껍질의 중력적 분열을 조사한다. n=1 cm⁻³의 환경 기체에서 약 ~1 kpc 크기의 껍질은 중력적으로 불안정해지며, 이는 분자운 형성과 항성 형성으로 이어진다 — 특히 두족류 은하에서는 분열이 모든 방향으로 퍼져 항성 폭발을 유도하는 반면, 나선파고에서는 등반 평면에 국한되어 유지된다.

ABSTRACT

Conditions for the fragmentation of expanding shells due to gravitational instability are discussed. The self-similar analytical solution is compared with the results of 3-dimensional computer simulations for the expansion into homogeneous media. For realistic galactic disks we show that the formation of fragments is influenced by the amount of energy supply from the final number of young stars in an OB association, the value of the sound speed, the stratification and density of the ambient medium, the galactic differential rotation and the gravitational force perpendicular to the galactic plane. The typical size of gravitationally unstable shells is 1 kpc for an ambient gas density n=1 cm^-3. In thick disk galaxies the fragmentation occurs in nearly the whole shell while in thin disks it is restricted to the galactic equator. Unstable fragments may become molecular and trigger the formation of molecular clouds, and finally new star formation. We conclude that in dwarf galaxies the star formation may propagate in all directions turning the system into a star- burst. Contrary to that, the star formation in spiral galaxies propagates only in some directions in a thin strip near the symmetry plane, basically at the tips of the expanding shell.

연구 동기 및 목표

• 은하 디스크에서 팽창하는 껍질이 중력적으로 불안정해지는 조건을 이해하기 위해.
• 에너지 입력, 음속, 디스크 정렬, 회전과 같은 핵심 물리적 매개변수들이 분열 효율에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 다양한 은하 형상에서 분열이 분자운 형성과 그 다음 항성 형성에 어떻게 영향을 미치는지 규명하기 위해.
• 균일한 매질에서 팽창 껍질에 대한 분석적 자가유사 해법과 3차원 수치 시뮬레이션을 비교하기 위해.
• 분열이 두족류 은하의 항성 폭발 활동과 나선파고의 국소적 항성 형성에 미치는 영향을 조사하기 위해.

제안 방법

• 균일한 매질에서 껍질의 팽창과 중력적 불안정성을 모델링하기 위해 자가유사 분석 해법을 사용한다.
• 실제 은하 조건에서 껍질의 팽창과 분열을 모델링하기 위해 3차원 유체역학 시뮬레이션을 수행한다.
• OB 연합에서의 에너지 입력, 음속, 환경 기체 밀도, 중력력과 같은 물리적 매개변수를 통합한다.
• 실제 디스크 환경을 시뮬레이션하기 위해 은하의 비균일한 회전과 수직 중력력을 고려한다.
• 조각의 공간 분포를 분석하여 얇은 디스크와 두꺼운 디스크에서 분열이 어디서 어떻게 발생하는지 규명한다.
• 조각이 분자운이 되어 새로운 항성 형성을 유도할 잠재력을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은하 디스크에서 중력적으로 불안정한 껍질이 분열하는 조건은 무엇인가?
• RQ2 환경 기체 밀도(n=1 cm⁻³)가 팽창 껍질의 크기와 안정성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 은하의 비균일한 회전이 나선파고에서 분열을 제한하거나 가능하게 하는가?
• RQ4 왜 두꺼운 디스크 은하에서는 껍질 전체에서 분열이 발생하지만 얇은 디스크에서는 주로 끝부분에서만 발생하는가?
• RQ5 분열이 어떻게 분자운 형성과 그 다음 항성 형성으로 이어지며, 특히 두족류 은하에서 어떤 방식으로 작용하는가?

주요 결과

• 환경 기체 밀도 n=1 cm⁻³에서 약 ~1 kpc 크기의 껍질은 중력적으로 불안정해진다.
• 두꺼운 디스크 은하에서는 더 강한 수직 중력 구속으로 인해 거의 전체 껍질에서 분열이 발생한다.
• 얇은 디스크 은하에서는 분열이 은하의 등반 평면에 국한되며 주로 팽창 껍질의 끝부분에서 발생한다.
• 불안정한 조각은 냉각되고 응축되어 분자운이 되며, 새로운 항성 형성을 유도할 수 있다.
• 두족류 은하에서는 분열이 모든 방향으로 퍼져 광범위한 항성 형성과 잠재적 항성 폭발 활동을 유도한다.
• 나선파고에서는 항성 형성이 대칭 평면 근처의 좁은 스트립에 국한되어 관측된 껍질 형태와 일치한다.