[論文レビュー] Secular evolution of disk galaxies

F. Combes|ArXiv.org|Jan 2, 2008

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、非軸対称不安定性、主にばね（バー）を通じた角運動量の輸送が、銀河のディスクにおける定常的進化を駆動すると提案する。主なメカニズムには、バーによるガスの流入（トルクによる）、共鳴リングの形成、バーのレンズへの崩壊、およびm=1モードによる非対称性（lopsidedness）が含まれる。ダークマターのハローとガスの散逸が、進化の timescales と結果を決定的に調整する。

ABSTRACT

Galaxy disks evolve through angular momentum transfers between sub-components, like gas, stars, or dark matter halos, through non axi-symmetric instabilities. The speed of this evolution is boosted in presence of a large fraction of cold and dissipative gas component. When the visible matter dominates over the whole disk, angular momentum is exchanged between gas and stars only. The gas is driven towards the center by bars, stalled transiently in resonance rings, and driven further by embedded bars, which it contributes to destroy. From a small-scale molecular torus, the gas can then inflow from viscous torques, dynamical friction, or m=1 perturbations. In the weakened bar phases, multiple-speed spiral patterns can develop and help the galaxy to accrete external gas flowing from cosmic filaments. The various phases of secular evolution are illustrated by numerical simulations.

研究の動機と目的

• バーがディスク銀河における定常的進化を角運動量輸送によってどのように駆動するかを理解すること。
• ガスの散逸と非軸対称不安定性がバーのダイナミクスと銀河の形態にどのように影響を与えるかを調査すること。
• バー駆動進化の結果として生じる共鳴リング、核リング、レンズの形成を説明すること。
• ダークマターのハローと代替重力理論（例：MOND）がバーの強度、パターン速度、および存続期間に与える影響を検討すること。
• 外部ガス降着を促進するためのバーの弱体化に寄与する、グローバルm=1モード（非対称性）の役割を評価すること。

提案手法

• 星とガスのディスクにおけるバーの形成と進化をモデル化するため、自己整合的N体/スムージング粒子法流体力学（SPH）シミュレーションを用いる。
• 赤色（星）およびHα/CO（ガス）画像から得られるポテンシャル井戦の位相差を用いて、星のバーとガスの間の重力トルクを計算する。
• 星、ガス、ダークマターのハロー間の角運動量交換を追跡し、再分配とバーの弱体化を定量化する。
• 中心質量集中（CMC）と混沌とした軌道を用いてバーの崩壊をモデル化し、レンズ状銀河の形態と比較する。
• 純粋な星のディスクにおけるm=1グローバル不安定性をシミュレートし、その進化速度と長期的安定性を評価する。
• 標準重力（ダークマターのハローを含む）とMONDの下での結果を比較し、バーの形成、進化、レンズ形成における差を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 バーはどのように角運動量輸送を通じてディスク銀河における定常的進化を駆動するか？
• RQ2 ガスの散逸はバー誘発ガス流入および核リングやトーラスの形成にどのように寄与するか？
• RQ3 ダークマターのハローはバーの強度、パターン速度、構造的ブレークまたはレンズの形成にどのように影響を与えるか？
• RQ4 レンズが破壊されたバーの残骸として解釈できる程度はどの程度か？その動力学的証拠は何か？
• RQ5 長期間にわたって持続される非対称性（m=1モード）を支えるメカニズムは何か？また、それらはバーの進化と外部ガス降着にどのように影響を与えるか？

主な発見

• バーは内側から外側のディスク領域へ角運動量を輸送し、パターン速度を低下させ、重力トルクによってガスの流入を引き起こす。強いバーを持つ銀河では、ガスは1〜2回のバー回転で中心に到達する。
• ガス流入は、星のバーのポテンシャルとガス分布の間の位相差によって駆動され、前方のダスト帯を形成し、核活動を燃料する。これはNGC 6574およびNGC 3147で観測された現象と一致する。
• 共鳴リング（特に内側リンブレッド共振：ILR）は、重力トルクが相殺される場所に形成され、核リングはガス流入の終焉を示し、しばしば埋め込まれた二次バーを介してAGNの燃料供給を引き起こす。
• 質量の大きなダークマターのハローが存在する場合、角運動量がハローに輸送されることでバーは一時的に強化されるが、動的摩擦と共鳴効果によりパターン速度が著しく低下し、最終的にはバーが弱体化する。
• バーのレンズへの崩壊は、中心質量集中付近の混沌とした軌道がコロテーションでバーを切断するシミュレーションによって支持される。一方、コロテーション付近の規則的軌道は、NGC 1291のようなレンズ銀河で観測される「アンセ」を形成する。
• 非対称性（m=1モード）は、星のディスクにおけるグローバルな自己重力不安定性によって維持され、低速の進化と長寿命を示す。この現象は、特に弱いバーの段階において、宇宙のフィラメントからの外部ガス降着を促進する可能性がある。