[論文レビュー] Stochastic processes, galactic star formation, and chemical evolution. Effects of accretion, stripping, and collisions in multiphase multi-zone models

G. Valle, S. N. Shore+1 more|ArXiv.org|Feb 10, 2005

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 32被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、閉じた系と開放系の両方において、降着、剥ぎ取り、衝突イベントを模擬する、確率的で多段階・多領域の銀河化学進化モデルを提示する。即時のリサイクルを考慮せずに星形成率と金属率歴史を追跡することで、特に軽元素に関しては、確率的なガス流入と流出による複雑なフィードバックのため、現在の元素組成測定値から星形成歴を一意に再構成することはできないことが示された。

ABSTRACT

This paper reports simulations allowing for stochastic accretion and mass loss within closed and open systems modeled using a previously developed multi-population, multi-zone (halo, thick disk, thin disk) treatment. The star formation rate is computed as a function of time directly from the model equations and all chemical evolution is followed without instantaneous recycling. Several types of simulations are presented here: (1) a closed system with bursty mass loss from the halo to the thick disk, and from the thick to the thin disk, in separate events to the thin disk; (2) open systems with random environmental (extragalactic) accretion, e.g. by infall of high velocity clouds directly to the thin disk; (3) schematic open system single and multiple collision events and intracluster stripping. For the open models, the mass of the Galaxy has been explicitly tracked with time. We present the evolution of the star formation rate, metallicity histories, and concentrate on the light elements. We find a wide range of possible outcomes, including an explanation for variations in the Galactic D/H ratio, and highlight the problems for uniquely reconstructing star forming histories from contemporary abundance measurements.

研究の動機と目的

• 確率的プロセス（降着、剥ぎ取り、衝突）が、多段階・多領域モデルにおける銀河化学進化に与える影響を調査すること。
• 現在の元素組成測定値から星形成歴を一意に再構成するという制限を評価すること。
• 降着ガスの金属率の変動および環境からの流入タイミングが、金属率進化および星形成率に与える影響を調査すること。
• 衝突に起因する剥ぎ取りとその後の再降着の組み合わせが、化学的および動力学的進化に与える影響をモデル化すること。
• たとえ概略的モデルであっても、銀河進化におけるより複雑な流体力学的および核合成シミュレーションに情報を与えることができることを示すこと。

提案手法

• 3つの位相（希薄ガス、雲、星／残骸）を有する3領域（ハロー、厚い円盤、薄い円盤）の多集団・多領域フレームワークを用いる。
• 事前に時間歴を仮定せず、モデル式から動的に星形成率を計算する。
• 即時のリサイクルを考慮せず、時間に依存する死滅率と還元率を用いて、質量および金属率の進化を時間経過とともに追跡する。
• 金属率が異なる（原始的、0.1 Z⊙、Z⊙）降着イベントを確率的にシミュレートし、衝突後の再降着を含む。
• 質量損失（初期質量の最大40％）を伴う衝突イベントをモデル化し、その後の剥ぎ取りと再降着を、タイミングと金属率を変化させて再現する。
• 異なる環境条件下で、得られたSFR、金属率歴史、および軽元素（特にデューテリウム比D/H）の進化を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 確率的降着および質量損失イベントは、銀河系における時間依存的星形成率および金属率進化にどのように影響するか？
• RQ2 銀河の星形成歴は、現在の組成測定値からどの程度一意に再構成可能か？
• RQ3 降着ガスの金属率の変動および流入タイミングは、薄い円盤における金属率進化およびSFRにどのように影響するか？
• RQ4 衝突に起因する剥ぎ取りに続く再降着は、円盤における金属率と年齢-金属率関係にどのような影響を与えるか？
• RQ5 衝突後の再降着が、二重赤色巨星回帰曲線や逆転した年齢-金属率関係を示すような異常な色-等級図を示す可能性はあるか？

主な発見

• 確率的降着および剥ぎ取りイベントにより、金属率の非単調な進化が生じ、金属率が高い星が金属率が低い星よりも古くなるような状況が生じる可能性があり、標準的な期待とは逆転する。
• D/H比は、降着のタイミングと金属率に大きく依存し、銀河で観測される変動の説明が可能である可能性を示している。
• 衝突時の最大40％の質量損失でさえも、降着ガスが非常に金属率が低い場合を除き、金属率は元の値の60％以下には低下しない。これは、化学的痕跡の耐性を示している。
• 衝突後に原始的ガスが再降着すると、「逆転するバースト」行動が生じ、静穏期の後に若い、金属率が低い星が形成されることがある。
• 剥ぎ取りと再降着の組み合わせは、特に再降着が速く金属率が高い場合に、二重赤色巨星回帰曲線を含む異常な色-等級図を生じさせる可能性がある。
• モデルは、同じ最終的な組成分布が、複数の異なる星形成歴から生じうることを示しており、現在のデータから再構成する一意性が揺らぐことを示している。