[論文レビュー] Disc heating: possible link between weak bars and superthin galaxies

Kanak Saha|arXiv (Cornell University)|Mar 7, 2014

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、衝突なしN体シミュレーションを用いて、初期に非常に薄い星のディスクを有する系において、弱いバーが非常にゆっくりと星を加熱することで、数十億年という長期間にわたり極めて薄い状態を維持できることを示した。一方、強いバーは急速に垂直方向に加熱を引き起こし、ディスクを厚くしてしまう。主な発見は、弱いバーが超薄い銀河がその薄さを保てる最大の非軸対称的特徴であるということであり、これは超薄い銀河が宇宙論的時間経過においてどのように生存できるかという謎を解消するものである。

ABSTRACT

The extreme flatness of stellar discs in superthin galaxies is puzzling and the apparent dearth of these objects in cosmological simulation poses challenging problem to the standard cold dark matter paradigm. Irrespective of mergers or accretion that a galaxy might be going through, stars are heated as they get older while they interact with the spirals and bars which are ubiquitous in disc galaxies -- leading to a puffed up stellar disc. It remains unclear how superthin galaxies maintain their thinness through the cosmic evolution. We follow the internal evolution of a sample of 16 initially extremely thin stellar discs using collisionless N-body simulation. All of these discs eventually form a bar in their central region. Depending on the initial condition, some of these stellar discs readily form strong bars while others grow weak bars over secular evolution time scale. We show that galaxies with strong bars heat the stars very efficiently, eventually making their stellar discs thicker. On the other hand, stars are heated very slowly by weak bars -- as a result, galaxies hosting weak bars are able to maintain their thinness over several billion years, if left isolated. We suggest that some of the superthin galaxies might as well be forming weak bars and thereby prevent any strong vertical heating which in turn helps maintaining their thinness during the course of secular evolution.

研究の動機と目的

• 超薄い銀河が内部の加熱機構によっても宇宙時間にわたり極めて薄さを保てる理由を調査すること。
• ディスク銀河に広く見られるバーが、孤立した状態における超薄ディスクの生存を説明できるかどうかを特定すること。
• 強いバーと比較して、弱いバーが超薄い銀河が顕著な垂直方向の加熱を避けるのを助けるかどうかを調査すること。
• 降着過程におけるダークマターハローの構造が、定常的進化の過程で薄い星のディスクを安定化させる役割を果たすかどうかを評価すること。
• 観測された超薄い銀河と、それらの宇宙論的シミュレーションにおける顕著な不足の不一致を解消すること。

提案手法

• 孤立した環境下で、衝突なしN体ダイナミクスを用いて16個の初期に超薄い星のディスクをシミュレートした。
• 定常的進化時間スケールにわたり、強いバーと弱いバーの両方を生成できるように初期条件を変化させた。
• さまざまなコア半径を持つライブなダークマターハローを用いて、それらがディスク安定性および加熱に与える影響を評価した。
• 50億〜60億年という期間にわたり、ディスクのスケール高さおよび垂直密度プロファイルの進化を追跡した。
• バーモーメントと垂直方向加熱効率との相関関係を、カオス的拡散メカニズムを通じて分析した。
• シミュレーションの結果を、UGC 7321 や IC2233 といった超薄い銀河の観測データと比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 孤立した超薄い銀河における弱いバーは、数十億年という期間にわたり強い垂直方向加熱を防げるか？
• RQ2 超薄い銀河は内部の定常的進化およびバーの存在にもかかわらず、なぜ薄いままであるのか？
• RQ3 バーの強さと星のディスクにおける垂直方向加熱の速度との間にはどのような関係があるか？
• RQ4 ダークマターハローの性質（例：コア半径）は、薄い星のディスクの生存に顕著に影響を与えるか？
• RQ5 弱いバーの形成は、後期型銀河における超薄形態の維持に現実的かつ有効なメカニズムであるか？

主な発見

• 強いバーを有する銀河は星を非常に効率的に加熱し、星のディスクが急速に厚くなるため、超薄い形態を維持するには不適切である。
• 弱いバーは星を非常にゆっくりと加熱し、50億〜60億年という期間にわたりスケール高さがたった2倍にしか増加しない。このため、薄さが維持される。
• バーの振幅とディスクの厚さとの間に強い相関関係がある。強いバーは顕著に厚いディスクを生じる。
• 弱いバーを有するディスクの垂直密度プロファイルは、時間の経過とともに形状がほとんど変化せず、わずかに太るにとどまる。
• コンパクトなダークマターハロー（小さなコア半径）でさえも、厚いディスクを形成しうるため、ハローのコア半径だけではディスクの厚さが決定されない。
• シミュレーションの結果、弱いバーは自己整合的な超薄い銀河がその薄さを失わず維持できる最大の非軸対称的特徴である可能性がある。