[论文解读] Growth of galactic bulges by mergers. II. Low-density satellites

M. C. Eliche‐Moral, M. Balcells+2 more|ArXiv.org|Jun 30, 2006

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 96被引用 69

一句话总结

本研究利用N体模拟表明，低密度、按Tully-Fisher关系缩放的卫星并合通过触发盘面物质向内流动，驱动盘星系的缓慢演化型星系核生长，使星系核与盘面质量比（B/D）和Sérsic指数（n）从1.0增至1.9，其结果取决于控制卫星破坏与质量沉积模式的Tully-Fisher指数α_TF。

ABSTRACT

Satellite accretion events have been invoked for mimicking the internal secular evolutionary processes of bulge growth. However, N-body simulations of satellite accretions have paid little attention to the evolution of bulge photometric parameters, to the processes driving this evolution, and to the consistency of this evolution with observations. We want to investigate whether satellite accretions indeed drive the growth of bulges, and whether they are consistent with global scaling relations of bulges and discs. We perform N-body models of the accretion of satellites onto disc galaxies. A Tully-Fisher (M \propto V_{rot}^ {alpha_TF}) scaling between primary and satellite ensures that density ratios, critical to the outcome of the accretion, are realistic. We carry out a full structural, kinematic and dynamical analysis of the evolution of the bulge mass, bulge central concentration, and bulge-to-disc scaling relations. The remnants of the accretion have bulge-disc structure. Both the bulge-to-disc ratio (B/D) and the Sersic index (n) of the remnant bulge increase as a result of the accretion, with moderate final bulge Sersic indices: n = 1.0 to 1.9. Bulge growth occurs no matter the fate of the secondary, which fully disrupts for alpha_TF=3 and partially survives to the remnant center for alpha_TF = 3.5 or 4. Global structural parameters evolve following trends similar to observations. We show that the dominant mechanism for bulge growth is the inward flow of material from the disc to the bulge region during the satellite decay. The models confirm that the growth of the bulge out of disc material, a central ingredient of secular evolution models, may be triggered externally through satellite accretion.

研究动机与目标

• 探究具有真实低密度的卫星并合是否能驱动盘星系的星系核生长。
• 研究星系核的光度参数（B/D、n）演化及其与观测标度关系的一致性。
• 确定卫星并合事件中星系核生长的主要物理机制。
• 评估Tully-Fisher关系指数α_TF对卫星命运与质量沉积模式的影响。
• 将低密度卫星并合的结果与以往高密度卫星模型进行比较，以评估其真实性和物理一致性。

提出的方法

• 对具有B/D = 0.5的盘星系进行N体模拟，研究卫星并合过程。
• 利用Tully-Fisher关系（M ∝ V_rot^α_TF）对卫星密度进行缩放，以确保与主星系之间真实的密度对比。
• 对卫星建模时包含复杂内部结构：星系核、盘面与晕成分，而非仅球状核心。
• 追踪并合残骸的结构、运动学与动力学演化，包括星系核质量、Sérsic指数n与B/D比随时间的变化。
• 采用星系核-盘面分解方法分析最终残骸的光度与运动学特性。
• 分析物质在径向与垂直方向的再分布，包括加热、轨道圆化与星族混合。

实验结果

研究问题

• RQ1 低密度卫星的并合是否能驱动盘星系中可测量的星系核生长，以B/D与Sérsic指数n的增加为指标？
• RQ2 Tully-Fisher指数α_TF的选择如何影响卫星破坏、质量沉积与最终星系核演化？
• RQ3 主要的物理机制——如盘面物质向内流动、卫星质量沉积或星系核扩张——中哪一个主导了星系核生长？
• RQ4 模拟得到的结构与运动学趋势在多大程度上与真实星系的观测标度关系一致？
• RQ5 卫星并合能否解释类星系核的形成及其观测特征，如旋转支持的星系核与对称的旋转曲线？

主要发现

• 星系核与盘面质量比（B/D）与Sérsic指数（n）在卫星并合后显著增加，最终n值范围为1.0至1.9，表明星系核有效生长。
• 星系核生长的主要机制是卫星衰减期间由于瞬态非轴对称扰动导致的盘面物质向内输运，而非直接的卫星质量沉积。
• 当α_TF = 3时，卫星完全破坏并形成沉积物质环；当α_TF = 4时，卫星存活并抵达中心，表明结果强烈依赖于α_TF。
• 最终残骸的星系核部分由旋转支持，与类星系核的观测一致，且表现出对称旋转曲线，无中心反向旋转。
• 结构参数的演化大致遵循BGP04b观测趋势，包括σ₀与h_Disc的增加及μ₀,Disc的减小，尽管星系核有效半径r_e,Bul未与观测相关性匹配。
• 卫星盘面物质沉积于主星系盘面，而卫星星系核粒子由于轨道圆化形成冷内盘或环，对光度星系核有贡献。