[論文レビュー] The survival of subhaloes in galaxies and galaxy clusters

E. van Kampen|arXiv (Cornell University)|Aug 29, 2000

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、冷たい暗黒物質（CDM）宇宙論的シミュレーションにおける銀河団と銀河内での準銀河の生存の違いを調査し、低解像度のシミュレーションで人工的な過剰合体が生じる主な原因として数値的解像度効果を特定している。シミュレーションでは、銀河環境と銀河団環境における物理的破壊プロセス（特に潮汐引き剥がしと動力学的摩擦）に顕著な差が生じており、特に位相空間密度が低く、動力学的進化が遅いため、銀河団の準銀河はより効果的に生存していることが示された。

ABSTRACT

This paper discusses physical and numerical disruption processes acting on subhaloes in galaxy haloes and in galaxy cluster haloes, and compare the effects of these processes on the subhalo abundance within both types of haloes. N-body simulations with a resolution high enough not to suffer from overmerging (subhalo disruption due to numerical processes) show a high abundance of subhaloes in both galaxies and in galaxy clusters. However, observations seem to show a high subhalo abundance in galaxy clusters only. Thus, it appears that too many subhaloes survive in simulated galaxy haloes. There are five main causes for this apparent galaxy subhalo problem. The most radical one is a change to a cosmology in which structure formation is not hierarchical below the galaxy halo mass scale. If this is unacceptable, four causes remain, of which the most important one appears to be that dynamical friction is not properly simulated yet, not even for the highest resolution simulations to date, resulting in an 'undermerging' problem. The other causes are (numerical) overmerging, differences in the timing of halo formation and merging in hierarchical structure formation, and significant differences is mass-to-light ratios. The net effect of these four causes is that galaxies have a relatively low abundance of subhaloes, i.e. dwarfs, while at the same time a large number of field dwarf galaxies can exist which are dark enough to be missed observationally.

研究の動機と目的

• . N体シミュレーションにおける準銀河破壊の原因として、数値的要因と物理的要因を区別すること。
• . 高いシミュレートされた準銀河の数と低い観測された矮星銀河の数の乖離を解明すること。
• . 銀河準銀河と銀河団準銀河における破壊 timescale を比較すること。
• . 動力学的摩擦と潮汐引き剥がしが準銀河の生存に果たす役割を評価すること。
• . シミュレーションの解像度が準銀河の過剰合体と不足合体にどのように影響するかを評価すること。

提案手法

• . 数値的要因と物理的要因の違いを明確にするために、マルチ解像度のN体シミュレーションを用いる。
• . 異なる粒子数での準銀河生存率を比較し、解像度依存の誤差を分離する。
• . 通過時間、半質量半径、速度分散に基づいた破壊 timescale の定量的推定を実施する。
• . 明確化のため、「過剰合体」（数値的）と「不足合体」（物理的プロセスのモデル化不全）という用語を導入する。
• . シミュレートされた準銀河内での粒子ベースの力計算を用いて、動力学的摩擦と潮汐加熱を分析する。
• . 階層的構造形成のタイミングを検討し、準銀河進化に与える影響を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 . 高いシミュレートされた準銀河の数と低い観測された矮星銀河の数の不一致の原因は何か？
• RQ2 . 二体相互作用による加熱やソフトニングなどの数値的効果が、低解像度シミュレーションにおける準銀河破壊にどのように影響するか？
• RQ3 . 同じ初期条件にあるにもかかわらず、なぜ準銀河は銀河団では銀河よりもよく生存するのか？
• RQ4 . 潮汐引き剥がしと動力学的摩擦の破壊 timescale は、銀河環境と銀河団環境でどのように異なるか？
• RQ5 . シミュレーションの解像度と粒子数が、準銀河生存予測の正確さにどの程度影響を及ぼすか？

主な発見

• . 低解像度のシミュレーションでは、二体相互作用や潮汐加熱などの数値的効果が準銀河破壊を支配し、人工的な過剰合体を引き起こす。
• . 位相空間密度が低く、動力学的進化が遅いため、銀河団内の準銀河は銀河準銀河よりも長期間生存する。
• . 破壊 timescale は準銀河内の粒子数に強く依存しており、粒子数が少ない小さな準銀河は数値的ノイズにより特に脆弱である。
• . 高解像度シミュレーションでは過剰合体が軽減されるが、依然として観測値よりも多くの準銀河を予測するため、物理的乖離が依然として存在する。
• . 過剰合体問題は、粒子数が少ない小さな準銀河で最も顕著であり、この場合、数値的効果が物理的プロセスを上回る。
• . 動力学的摩擦や潮汐引き剥がしなどの物理的破壊メカニズムだけでは、観測された矮星銀河の低頻度を説明できないため、追加の抑制機構が必要である可能性がある。