[논문 리뷰] A First Look at Galaxy Flyby Interactions. II. Do Flybys matter?

Manodeep Sinha, Kelly Holley‐Bockelmann|arXiv (Cornell University)|2015. 05. 29.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 천체역학 시뮬레이션을 사용하여, 독립된 은하 혼합체 간의 빠른, 융합하지 않는 만남인 프라이비 상호작용이 이전에 생각한 것보다 훨씬 흔하다는 것을 보여준다. 특히 저적색변위에서 그렇다. 저자들은 프라이비 상호작용이 단독으로 거대한 주요 혼합체에 약한 교란만 일으키지만, 그 빈도가 매우 높아서, 특히 z ≤ 4에서 10¹⁰ h⁻¹ M⊙ 이상인 혼합체의 은하 진화에 상당한 누적 영향을 미친다는 것을 발견했다.

ABSTRACT

In the second paper of this series, we present results from cosmological simulations on the demographics of flyby interactions to gauge their potential impact on galaxy evolution. In a previous paper, we demonstrated that flybys -- an interaction where two independent halos inter-penetrate but detach at a later time and do not merge -- occur much more frequently than previously believed. In particular, we found that the frequency of flybys increases at low redshift and is comparable to or even greater than the frequency of mergers for halos $\gtrsim 10^{11} M_\odot/h$. In this paper, we classify flybys according to their orbits and the level of perturbation exacted on both the halos involved. We find that the majority of flybys penetrate deeper than $\sim R_{half}$ of the primary and have an initial relative speed $\sim 1.6 imes V_{vir}$ of the primary. The typical flyby mass-ratio is $\sim 0.1$ at high $z$ for all halos, while at low $z$, massive primary halos undergo flybys with small secondary halos. We estimate the perturbation from the flyby on both the primary and the secondary and find that a typical flyby is mostly non-perturbative for the primary halo. However, since a massive primary experiences so many flybys at any given time, they are nearly continually a victim of a perturbative event. In particular, we find flybys that cause $\sim 1\%$ change in the binding energy of a primary halo occurs $\gtrsim 1 $ Gyr$^{-1}$ for halos $> 10^{10} M_\odot/h$ for $z \lesssim 4$. Secondary halos, on the other hand, are highly perturbed by the typical encounter, experiencing a change in binding energy of nearly order unity. Our results imply that flybys can drive a significant part of galaxy transformation at moderate to lower redshifts ($z \lesssim 4$). We touch on implications for observational surveys, mass-to-light ratios, and galaxy assembly bias.

연구 동기 및 목표

• 우주론적 시뮬레이션에서 은하 프라이비 상호작용의 빈도와 민족적 특성을 정량화하여, 융합이 혼합체 상호작용를 지배한다는 가정에 도전한다.
• 이전에 간과되었던 프라이비 상호작용이 실제로 은하 혼합체를 상당히 교란시켜 은하 진화에 영향을 줄 수 있는지 평가한다.
• 궤도 매개변수와 교란 강도에 따라 프라이비 상호작용을 분류하고, 주 혼합체와 보조 혼합체의 반응을 구분한다.
• 특히 거대 은하에 대해 시간에 따라 혼합체의 유인 에너지에 누적 영향을 평가한다.
• 관측적 함의를 탐색하며, 질량-광도 비율과 은하 집합 편향을 포함한다.

제안 방법

• 저자들은 천체역학 시뮬레이션에서 어둠센 물질 혼합체의 역학적 역사 기록을 위해 혼합체 상호작용 네트워크를 개발하여 융합과 프라이비 상호작용를 모두 식별할 수 있도록 했다.
• 프라이비 상호작용는 두 혼합체가 서로 겹치지만 융합하지 않는 상호작용로 정의되었으며, 시간에 따른 거리와 속도가 추적되었다.
• 교란 강도는 VW00(2000)의 경험적 피팅을 사용하여 유인 에너지의 변화(ΔE/E)를 주 혼합체와 보조 혼합체 모두에 대해 추정하였다.
• 충격 근사법을 적용하였으며, 확장된 교란체를 고려하기 위해 거리에 따라 변하는 요소 f(b)를 수정하고, 공진 효과는 경험적 보정을 통해 반영하였다.
• VW00의 내부 및 외부 피팅을 블렌딩하여 주 혼합체의 ΔE/E에 대한 연속적인 피팅을 구축하였으며, 반중심 반경에 비례한 영향 매개변수 스케일링을 기반으로 부드러운 전환 함수를 사용하였다.
• z ≤ 4 및 10¹⁰ h⁻¹ M⊙ 이상의 혼합체 질량 범위에서 프라이비 상호작용 빈도와 교란 수준에 대한 통계 분석을 수행하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 저적색변위에서, 특히 저적색변위에서 프라이비 상호작용은 융합보다 얼마나 자주 발생하는가?
• RQ2 거대한 혼합체를 포함하는 프라이비 상호작용의 일반적인 궤도 매개변수(예: 침투 깊이, 상대 속도)는 무엇인가?
• RQ3 프라이비 상호작용이 주 혼합체와 보조 혼합체의 유인 에너지를 얼마나 교란시키며, 질량 비율과 영향 매개변수에 따라 어떻게 달라지는가?
• RQ4 시간에 따라 거대 혼합체에 상당한 교란(예: ΔE/E ≥ 1%)을 유도하는 프라이비 상호작용의 누적 빈도는 얼마인가?
• RQ5 융합이 필요 없이 프라이비 상호작용이 관측된 은하 변형, 예를 들어 S0 은하의 형상 변화나 HI 결핍 현상 등을 설명할 수 있는가?

주요 결과

• z < 2에서 10¹¹ h⁻¹ M⊙ 이상의 혼합체에 대해 프라이비 상호작용 빈도가 융합보다 더 높으며, 이는 혼합체 상호작용가 융합이 지배한다는 가정에 도전한다.
• 대부분의 프라이비 상호작용가 주 혼합체의 약 ∼R_half 이상 깊이 침투하며, 초기 상대 속도는 주 혼합체의 V_vir의 약 1.6배이다.
• 일반적인 프라이비 상호작용는 주 혼합체에 약한 교란(ΔE/E ∼ 10⁻⁴)만 일으키지만, 그 빈도가 매우 높아서 z ≤ 4에서 거대 혼합체는 매 기간 1Gyr당 최소 한 번 이상의 강력한 교란 프라이비 상호작용를 경험한다.
• 보조 혼합체는 프라이비 상호작용로 인해 강하게 교란되며, 유인 에너지 변화가 단위 수준에 이르러 구조적 및 운동학적 붕괴가 일어난다.
• 주 혼합체의 유인 에너지에 1% 이상의 변화를 유도하는 프라이비 상호작용는 z ≤ 4에서 10¹⁰ h⁻¹ M⊙ 이상의 혼합체에서 매 기간 1Gyr⁻¹ 이상의 빈도로 발생하며, 이는 지속적인 누적 효과를 의미한다.
• 결과는 프라이비 상호작용가 중간에서 저적색변위(z ≤ 4)에서 은하 진화에 중요한 역할을 한다는 것을 시사하며, 특히 형상 변화 유도와 사전 처리를 통해 영향을 미친다.