[论文解读] Origin Of Tidal Structures In Modified Gravity

Michal Bílek, Ingo Thies+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 20, 2019

Astronomy and Astrophysical Research被引用 5

一句话总结

该论文通过自洽的MOND N体模拟表明，潮汐结构——如潮汐尾、桥接结构、星流、翘曲、壳层和卫星盘——可通过非并合星系飞掠形成，挑战了传统的并合起源假说。关键结果是，MOND中较弱的动力摩擦和增强的潮汐矮星系形成能力，使得这些特征无需星系并合即可出现，为银河系和M31等星系中观测到的潮汐形态提供了可行的替代解释。

ABSTRACT

The missing mass problem has not been solved decisively yet. Observations show that if gravity is to be modified, then the MOND theory is its excellent approximation on galactic scales. MOND suggests an adjustments of the laws of physics in the limit of low accelerations. Comparative simulations of interacting galaxies in MOND and Newtonian gravity with dark matter revealed two principal differences: 1) galaxies can have close flybys without ending in mergers in MOND because of weaker dynamical friction, and 2) tidal dwarf galaxies form very easily in MOND. When this is combined with the fact that many interacting galaxies are observed at high redshift, we obtain a new perspective on tidal features: they are often formed by non-merging encounters and tidal disruptions of tidal dwarf galaxies. Here we present the results from our self-consistent MOND $N$-body simulation of a close flyby of two galaxies similar to the Milky Way. It turns out that most types of the structures that are traditionally assigned to galaxy mergers can be formed by non-merging encounters, including tidal arms, bridges, streams, shells, disk warps, thick disks, and most probably also disks of satellites. The success of MOND in explaining the dynamics of galaxies hints us that this way of formation of tidal structures should be considered seriously.

研究动机与目标

• 探究在修正引力下，传统上归因于星系并合的潮汐结构是否可通过非并合遭遇形成。
• 检验MOND在无需星系并合的情况下解释星流、翘曲和卫星盘等潮汐特征形成的可行性。
• 评估潮汐矮星系和动力摩擦在MOND框架下塑造星系形态的作用。
• 将基于MOND的模拟与本地星系群的观测潮汐特征进行比较，特别是银河系和M31。
• 通过展示MOND中非并合飞掠可重现复杂潮汐形态，挑战标准ΛCDM范式。

提出的方法

• 对两个类银河系星系的近距离飞掠进行自洽的MOND N体模拟。
• 使用与银河系和M31实际观测质量、尺寸、距离和相对速度相匹配的初始条件。
• 应用MOND插值函数以在低加速度下修改引力，相比ΛCDM显著降低动力摩擦。
• 追踪65亿年演化过程中潮汐尾、桥接结构、星流、星盘翘曲和类卫星结构的形成。
• 将模拟的形态和运动学与真实观测进行比较，包括御夫座星流和M31周围卫星盘。
• 评估在MOND框架下潮汐矮星系的形成及其后续被潮汐力侵蚀的过程。

实验结果

研究问题

• RQ1 在MOND下，若无星系并合，星流和桥接结构等潮汐特征是否仍可形成？
• RQ2 MOND中动力摩擦的减弱在多大程度上允许星系在不发生并合的情况下近距离飞掠？
• RQ3 潮汐矮星系是否可在MOND模拟中形成并存活，且能否解释观测到的卫星系统？
• RQ4 MOND模拟是否能重现如御夫座星流和卫星盘等观测潮汐结构的形态和运动学？
• RQ5 在无需重大并合的情况下，MOND中翘曲和厚盘如何形成？

主要发现

• 模拟飞掠在M31周围产生了形态和尺寸与实际观测到的御夫座星流一致的潮汐星流。
• 两星系之间形成了潮汐桥接结构，其形态与相互作用系统中观测到的潮汐特征一致。
• 模拟中银河系的星盘翘曲在幅度和方向上与银河系外盘实际观测到的翘曲相匹配。
• 模拟成功再现了星流中潮汐矮星系的形成，这或可解释卫星系统的起源。
• 尽管近日点距离仅为24 kpc，但经过65亿年演化，星系仍未并合，这是由于MOND中动力摩擦被抑制。
• 模拟中未形成壳层，但解析工作证实壳层可由MOND中的非并合飞掠产生，支持该整体框架的合理性。