[論文レビュー] Shell galaxies: kinematical signature of shells, satellite galaxy disruption and dynamical friction

Ivana Ebrová|arXiv (Cornell University)|Dec 5, 2013

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 143被引用数 7

ひとこと要約

本学位論文では、径方向準小合体によって形成される殻銀河の運動学的モデルを提示し、視線方向速度分布（LOSVD）が特徴的な4峰ピーク構造を示すことを示した。ピーク位置と円運動速度および殻の伝播速度との間の解析的関係式を用いて、本研究では、銀河のハロー内約100 kpcまで、殻の運動学的性質がダークマター分布を独立して制約可能であることを示した。また、動的摩擦および潮汐破壊の影響が殻の形態と形成時刻に与える影響を定量的に評価した。

ABSTRACT

Stellar shells observed in many giant elliptical and lenticular as well as a few spiral and dwarf galaxies presumably result from radial minor mergers of galaxies. We show that the line-of-sight velocity distribution of the shells has a quadruple-peaked shape. We found simple analytical expressions that connect the positions of the four peaks of the line profile with the mass distribution of the galaxy, namely, the circular velocity at the given shell radius and the propagation velocity of the shell. The analytical expressions were applied to a test-particle simulation of a radial minor merger, and the potential of the simulated host galaxy was successfully recovered. Shell kinematics can thus become an independent tool to determine the content and distribution of dark matter in shell galaxies up to ~100 kpc from the center of the host galaxy. Moreover we investigate the dynamical friction and gradual disruption of the cannibalized galaxy during the shell formation in the framework of a simulation with test particles. The coupling of both effects can considerably redistribute positions and luminosities of shells. Neglecting them can lead to significant errors in attempts to date the merger in observed shell galaxies.

研究の動機と目的

• 観測された視線方向速度分布（LOSVD）を用いて、殻銀河におけるダークマター分布を運動学的手段で探査する方法を確立すること。
• 径方向準小合体による星の殻の形成をモデル化し、殻系の運動学的特徴に関する解析的関係式を導出すること。
• 動的摩擦および潮汐破壊が殻の位置と輝度に与える影響を定量的に評価し、これにより合体年齢推定に与える影響を明らかにすること。
• テスト粒子シミュレーションを用いて解析モデルを検証し、自己無撞着なN体シミュレーションと結果を比較すること。
• 早期型銀河における重力ポテンシャルおよびダークマター含量を測定するための独立したツールとして、殻の運動学的性質を活用するフレームワークを提供すること。

提案手法

• LOSVDの4峰ピークの位置と、殻半径における円運動速度および殻の伝播速度との関係を記述する解析的式を導出した。
• 径方向振動モデルを適用して、殻系における星の運動をシミュレートし、一定加速度下でのLOSVD形状を導出した。
• 改良版MERGE 9コードを用いたテスト粒子シミュレーションにより、径方向準小合体をシミュレートし、運動学的データを抽出した。
• 複数三体アルゴリズム（MTBA）を導入して、飲み込まれた銀河の動的摩擦および潮汐破壊をモデル化した。
• GADGET-2を用いた自己無撞着なシミュレーションを実施し、テスト粒子シミュレーションの結果と照合し、解析モデルの仮定の妥当性を検証した。
• 導出された解析的関係式を用いて、シミュレートされたLOSVDから主銀河のポテンシャルを再構築した。その結果、本手法の正確性が確認された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 殻銀河の視線方向速度分布における4峰ピーク構造が、主銀河の重力ポテンシャルと解析的に結びつけられるか？
• RQ2 衛星の動的摩擦および潮汐破壊が、観測された殻の空間的分布および輝度に与える影響は何か？
• RQ3 これらの動的効果が無視された場合、合体年齢の推定にどの程度のバイアスが生じるか？
• RQ4 解析モデルが、シミュレートされたLOSVDから主銀河の円運動速度プロファイルを正確に回復できるか？
• RQ5 テスト粒子シミュレーションの結果と自己無撞着なN体シミュレーションの結果とを比較した場合、殻の運動学的性質および形態をどの程度正確に再現できるか？

主な発見

• 殻銀河の視線方向速度分布（LOSVD）は、明確な4峰ピーク構造を示し、これは殻系における星の径方向振動と直接関連している。
• 4峰LOSVDピークの位置と、殻半径における円運動速度および殻の伝播速度との間の解析的関係式が導出され、観測からポテンシャルを回復可能であることが示された。
• 解析モデルを用いて、シミュレートされたLOSVDデータから主銀河のポテンシャルを成功裏に再構築した。これにより、約100 kpcまでダークマター含量を探査するツールとしての有効性が裏付けられた。
• 動的摩擦は衛星の軌道減衰を顕著に変化させ、殻の位置と輝度を再配分する。このため、動的摩擦を無視した場合、合体年齢の推定に大きな誤差が生じる可能性がある。
• 潮汐破壊は衛星の質量損失と形状変形を引き起こし、さらに殻形成のメカニズムを変化させ、観測される運動学的および形態的パターンを変化させる。
• 自己無撞着なGADGET-2シミュレーションの結果、動的摩擦を適切に取り入れたテスト粒子シミュレーションが、殻系の主要な特徴を正確に再現しており、解析フレームワークの妥当性が裏付けられた。