[논문 리뷰] The co-planarity of satellite galaxies delivered by randomly aligned cold mode accretion streams

Tobias Goerdt, Andreas Burkert외 1명|arXiv (Cornell University)|2013. 07. 08.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 6인용 수 13

한 줄 요약

이 논문은 앤드로메다 은하 주위의 위성 은하 얇은 평면이 냉각 모드 유입 스트림에 의해 자연스럽게 발생한다고 제안한다. 이 스트림들은 가스와 덩어리를 운반하여 위성 은하를 형성한다. 기하학적 확률 모델을 사용하여, 세 개의 무작위로 정렬된 냉각 스트림이 관측된 공면성과 회전 정렬을 재현할 수 있음을 보여주며, 48%의 위성들이 얇은 평면에 포함되어 있어, 산란을 요구하지 않아도 관측과 일치한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 냉각 모드 유입 스트림을 주요 형성 메커니즘으로 삼아 앤드로메다 은하 주위의 관측된 위성 은하 얇은 평면을 설명하는 것.
• 무작위로 정렬된 냉각 스트림이 관측된 공면성과 공회전을 생성할 수 있는지 평가하는 것.
• 관측된 얇은 평면에 있는 위성의 비율을 재현하기 위해 필요한 스트림의 수를 결정하는 것.
• 추가로 무작위 방향에서 유입된 위성들이 평면성과 회전 정렬에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 냉각 스트림 모델이 국소 은하군에서 관측된 바와 같이 여러 기울인 평면의 위성을 자연스럽게 예측하는지 테스트하는 것.

제안 방법

• 중앙 헬라에 위성 은하를 공급하는 무작위로 정렬된 냉각 스트림을 모델링하기 위해 몬테카를로 시뮬레이션을 사용하였다.
• 특정 비율의 위성이 얇은 평면 내에 있을 가능성을 추정하기 위해 기하학적 확률 계산을 사용하였다.
• 두 모델을 구분: 반경 방향 궤도(위치만 고려)와 평면 궤도(위치와 궤도 회전 방향 모두 고려).
• 시뮬레이션에 약간의 유입 비율(≤25%)을 도입하여, 무작위 방향에서 유입된 추가 위성의 영향을 평가하였다.
• 두 모델에서 랜덤 방향 유입 여부에 관계없이, 최소 48%의 위성이 얇은 평면에 있을 확률을 계산하였다.
• 스트림 구성은 각 헬라당 두 개에서 네 개의 주요 스트림이 존재하며, 세 개가 가장 흔한 것으로 나타나는 천체물리 시뮬레이션 기반으로 설정되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 냉각 모드 유입 스트림이 앤드로메다 은하의 관측된 위성 은하 얇은 평면을 자연스럽게 생성할 수 있는가?
• RQ2 관측된 공면성과 공회전을 재현하기 위해 필요한 냉각 스트림의 수는 얼마인가?
• RQ3 무작위 방향에서 유입된 위성의 포함이 얇은 평면 형성 확률에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 냉각 스트림 모델은 국소 은하군에서 관측된 바와 같이 여러 기울인 평면의 위성을 예측하는가?
• RQ5 앤드로메다 은하의 위성들이 관측된 정렬이 무작위로 정렬된 스트림 기반 기하학적 확률 모델과 일치하는가?

주요 결과

• 반경 방향 궤도 모델과 평면 궤도 모델 모두에서, 최소 48%의 위성 은하가 얇은 평면 내에 있을 확률은 스트림 수에 따라 50%에서 100%까지 변동한다.
• 세 개의 냉각 스트림은 산란이 없더라도 관측된 앤드로메다 은하의 위성 분포를 높은 확률로 재현한다. 반면 두 개의 스트림일 경우 산란이 상당히 발생하지 않으면 평면 위성의 수가 과잉 생산된다.
• 산란이 없을 경우 관측치를 일치시키기 위해 두 개를 초과하는 스트림이 필요하며, 이 중에서 세 개가 가장 가능성 있는 구성이다.
• 궤도의 평면과 스트림 방향이 정렬된 평면 궤도 모델은 궤도 방향 고려로 인해 더 높은 확률을 제공한다.
• 약간의 무작위 방향 유입(≤25%)은 평면성 결과에 거의 영향을 주지 않으며, 모델의 예측을 유지한다.
• 이 모델은 앤드로메다와 같은 질량이 큰 은하가 모두 얇은 평면의 위성 은하를 보유할 것이며, 여러 기울인 평면이 자연스럽게 형성될 수 있음을 예측한다.