[论文解读] Collisionless evaporation from cluster elliptical galaxies: a contributor to the intracluster stellar population

Veruska Muccione, Luca Ciotti|ArXiv.org|Apr 13, 2004

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 29被引用 9

一句话总结

该论文提出，星系晕中恒星的无碰撞蒸发——由星系晕中恒星轨道与星系团潮汐场之间的共振相互作用驱动——可显著贡献于星系团内恒星种群。通过模拟振荡的三轴星系的蒙特卡洛方法，作者发现，在一个哈勃时标内，由于该机制，星系外区约有10%的质量会损失，尤其影响中心星系和核心区域星系，从而在塑造cD星系晕和促进星系骚扰方面发挥关键作用。

ABSTRACT

By means of simple numerical models we discuss whether "collisionless stellar evaporation" from cluster elliptical galaxies could be an effective mechanism for the production of intracluster stellar populations. The effectiveness of this mechanism is due to the fact that, for realistic galaxy and cluster models, the galaxy oscillation periods near equilibrium configurations in the cluster tidal field are of the same order of stellar orbital times in the external parts of the galaxies themselves. With the aid of Monte-Carlo simulations we explore the evolution of stellar orbits in oscillating galaxies placed near different equilibrium positions. We found that, over an Hubble time, the main effect is a substantial expansion of the galactic outskirts, particularly affecting the galaxy at the cluster center and those orbiting near the cluster core radius: overall, approximately the 10% of the galaxy mass is affected. Thus, the proposed mechanism could be of some importance in the shaping of the halo of cD galaxies and in making easier ``galaxy harassment'' in the formation of the intracluster stellar population.

研究动机与目标

• 研究由星系晕中恒星轨道与星系团潮汐场（CTF）之间的共振相互作用驱动的无碰撞恒星蒸发是否能有效贡献于星系团内恒星种群（ISP）；
• 评估星系在潮汐场中平衡状态附近的振荡周期及其与星系外区恒星轨道周期的共振作用；
• 利用数值模拟量化椭圆星系因该机制导致的质量损失；
• 评估该机制对星系团环境中cD星系晕形成及整体ISP的影响。

提出的方法

• 将星系团椭圆星系建模为受星系团潮汐场（CTF）中振荡影响的三轴椭球体，其平衡构型由势理论推导；
• 使用蒙特卡洛模拟方法，对位于星系团中心和核心半径处圆形轨道的不同星系位置，采样恒星轨道的初始条件；
• 在时变引力势中数值积分星体的运动方程；
• 采用同形密度模型（如Hernquist和幂律模型）描述星系结构，并计算引力势和能量张量；
• 对小椭球率情况应用线性近似，以简化弱三轴性条件下的势和力计算；
• 利用维里定理将速度弥散与密度模型的归一化关联，以确保动力学一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 星系晕外区恒星轨道周期与星系在星系团潮汐场中振荡周期之间的共振相互作用，是否会导致显著的恒星蒸发？
• RQ2 由于这种无碰撞蒸发机制，在一个哈勃时标内，星系质量的多少比例会损失？
• RQ3 质量损失如何依赖于星系在星系团中的位置（例如，中心与核心半径处）？
• RQ4 该机制在cD星系晕形成和星系团内恒星种群形成中贡献程度如何？
• RQ5 星系的结构特性（如三轴性、密度分布）如何影响蒸发速率？

主要发现

• 在一个哈勃时标内，由于无碰撞蒸发，星系外区约有10%的质量损失，主要影响星系团中心及核心半径附近的星系；
• 当星系在星系团潮汐场中的振荡周期与星系外区恒星轨道周期相近时，该机制最为有效，从而实现共振能量传递；
• 位于星系团中心和核心区域的星系因潮汐力增强及更长时间处于共振条件，经历最强的质量损失；
• 结果表明，该机制可通过扩展星系外区并促进进一步剥离，显著贡献于cD星系晕的形成；
• 质量损失由共振相互作用驱动，而非直接的潮汐冲击，因此是一种无碰撞、长期的过程，可与现有星系骚扰情景相辅相成；
• 研究证实，星系团潮汐场中的三轴星系行为近乎刚体，支持模拟中所用振荡模型的有效性。