[논문 리뷰] Homeoidally striated density profiles. II. Anisotropy and rotation

R. Caimmi|ArXiv.org|2005. 07. 13.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 18인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 자기중력적이고 충돌이 없는 별 시스템에서의 체계적 회전 및 이방성 운동을 위한 통합 이론을 개발하며, 잔류 속도 이방성이 효과적인 실수 또는 허수 회전과 대응됨을 보여준다. 모든 이러한 타원체가 동일한 질량과 축을 가진 쌍대 고전적 자코비 타원체를 지닌다는 것을 입증하고, 축대칭에서 삼축 구조로의 분기 현상이 고전적 모델과 동일하게 발생함을 보여, 이전의 모순을 해결하며 관측된 타원은행성의 형태와 안정성 한계와 연결한다.

ABSTRACT

With regard to homeoidally striated Jacobi ellipsoids, a unified theory of systematically rotating and peculiar motions is developed, where both real and imaginary rotation are considered. The effect of positive or negative residual motion excess, is shown to be equivalent to an additional real or imaginary rotation, respectively. Then it is realized that a homeoidally striated Jacobi ellipsoid with assigned velocity distribution, always admits an adjoint configuration i.e. a classical Jacobi ellipsoid of equal mass and axes. In addition, further constraints are established on the amount of residual velocity anisotropy along the principal axes, for triaxial configurations. Special effort is devoted to investigating sequences of virial equilibrium configurations in terms of normalized parameters, including the effects of both density and velocity profile. In particular, it is shown that bifurcation points from axisymmetric to triaxial configurations occur as in classical Jacobi ellipsoids, contrary to earlier results. The reasons of the above mentioned discrepancy are also explained. An interpretation of recent results from numerical simulations on stability (Meza 2002), is provided in the light of the model. A physical interpretation of the early Hubble sequence is shortly reviewed and discussed from the standpoint of the model, according if elliptical galaxies are considered as isolated systems or embedded within dark matter haloes. In any case, a lower limit to the flattening of oblate-like configurations is established. On the other hand, it is found no lower limit to the elongation of prolate-like configurations, and observed lack of elliptical galaxies more elongated than E7 needs a different physical interpretation, such as the fully investigated bending instabilities.

연구 동기 및 목표

• 자기중력적이고 충돌이 없는 별 시스템에서의 체계적 회전 및 특이 운동을 위한 통합 이론적 프레임워크를 개발하는 것.
• 삼축 구조에서 잔류 속도 이방성과 추가적인 실수 또는 허수 회전 사이의 물리적 동치성을 명확히 하는 것.
• 주어진 질량과 주축을 가진 모든 홈오이드레이 스타리티드 구성에 대해 동일한 질량과 축을 가진 쌍대 고전적 자코비 타원체의 존재를 확립하는 것.
• 밀도 및 속도 프로파일을 포함한 비틀림 평형 순열을 분석하며, 특히 축대칭에서 삼축 형태로의 분기점에 집중하는 것.
• 이론적 예측을 타원은하의 형태와 안정성에 대한 관측 제약 조건과 조율하는 것, 특히 E7보다 더 길게 뻣뻣한 은하가 존재하지 않는 이유를 포함한다.

제안 방법

• 고정 축을 중심으로 실수 및 허수 회전을 동시에 다루는 형식을 도입하여, 홈오이드레이 스타리티드 자코비 타원체 내의 체계적 운동을 모델링하는 데 사용한다.
• 동일한 질량과 주축을 가진 고전적 자코비 타원체로 홈오이드레이 스타리티드 자코비 타원체를 매핑하기 위해 '쌍대 구성' 개념을 사용한다.
• 밀도 및 속도 이방성 프로파일을 모두 포함하는 정규화된 비틀림 평형 매개변수를 사용하여 구성의 순열을 분석한다.
• 질량, 각운동량, 에너지, 속도 프로파일의 변화가 형태에 따라 변하는 형태 불변 계수 β_E'를 통해 관련되는 핵심 방정식(예: 식 115)을 유도한다.
• 이론적 분기점과 고전적 자코비 모델을 비교하고, 이전 연구들(Wiegandt 1982a,b; Caimmi & Marmo 2005)과의 모순을 해결한다.
• tidal 안정성 논리와 천체역학적 리라크스 모델을 사용하여 어두운 물질 허브의 영향을 은하 형태에 미치는 영향을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 주축을 따라 잔류 속도 이방성이 타원은하의 형태와 안정성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 주어진 질량과 축을 가진 홈오이드레이 스타리티드 자코비 타원체는 항상 동일한 질량과 축을 가진 고전적 자코비 타원체로 매핑될 수 있는가?
• RQ3 이 모델에서 축대칭에서 삼축으로의 분기점이 고전적 자코비 타원체와 일치하는 이유는 무엇이며, 이는 이전 주장과 반대되는가?
• RQ4 어두운 물질 허브의 tidal 효과는 고립된 타원은하의 형태에 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 관측된 타원은하가 E7를 초월해 더 길어지지 않는 이유는 무엇이며, 이는 이 모델로 설명될 수 있는가?

주요 결과

• 적도 평면이나 회전축을 따라 잔류 운동 과잉은 각각 추가적인 실수 또는 허수 회전과 물리적으로 동치이다.
• 주어진 속도 분포를 가진 모든 홈오이드레이 스타리티드 자코비 타원체는 동일한 질량과 축을 가진 쌍대 고전적 자코비 타원체를 지닌다.
• 축대칭에서 삼축으로의 분기점은 고전적 자코비 타원체와 동일한 이심률 값에서 발생하며, 이는 이전의 일관성 없는 점을 해결한다.
• 이 모델은 안정된 평판형 유사 구성에 대해 납작아짐의 하한선을 예측하지만, 기울어진 유사 구성에는 그러한 하한선이 없다.
• 관측된 타원은하가 E7를 초월해 더 길어지지 않는 것은 이론적 동역학적 한계 때문이 아니라, 이전에 제안된 바와 같이 굽힘 불안정성 때문일 가능성이 높다.
• 합리적인 가정 하에 어두운 물질 허브의 tidal 효과는 내재된 타원은하의 형태와 분기 행동에 미미한 영향을 미친다.