[论文解读] The co-planarity of satellite galaxies delivered by randomly aligned cold mode accretion streams

Tobias Goerdt, Andreas Burkert+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 8, 2013

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 6被引用 13

一句话总结

本文提出，仙女座星系周围的卫星星系薄盘结构自然源于冷模式吸积流，这些流将气体和团块输运至星系，形成卫星。通过几何概率模型，研究表明三条随机取向的冷流可自然重现观测到的共面性与旋转对齐，其中48%的卫星位于薄盘内——与观测结果一致，且无需引入散射过程。

ABSTRACT

Recent observations have shown that the majority of the Andromeda galaxy's satellites are aligned in a thin plane. On the theoretical side it has been proposed that galaxies acquire their gas via cold streams. In addition, numerical simulations show that the same streams also deliver gas clumps which could potentially develop into satellite galaxies. Assuming that cold streams are a major source of satellite systems around galaxies we calculate the probabilities in two different models to find a certain fraction of satellites within a thin plane around the central galaxy of the host halo with and without having the same sense of rotation. Using simple geometrical considerations and adopting a random orientation of the streams we demonstrate that the vast thin disk of satellites detected around Andromeda can naturally be explained within this framework. In fact, without any satellite scattering, two streams would lead to too many satellites in the thin plane, compared with the observations. Three streams reproduce the observations very well. Natural implications from our model are that all massive galaxies should have a thin plane of satellites and that the satellites should naturally distribute themselves not only into a single plane but into several inclined ones. We estimate the effect of additional satellites accreted from random directions and find it to be of minor relevance for a mild inflow of satellites from random directions.

研究动机与目标

• 通过冷模式吸积流作为主要形成机制，解释仙女座星系周围观测到的卫星星系薄盘结构。
• 评估随机取向的冷流是否能够产生观测到的共面性与共旋转特性。
• 确定重现观测到的薄盘内卫星比例所需的流的数量。
• 评估从随机方向吸积的额外卫星对平面性与旋转对齐的影响。
• 检验冷流模型是否能自然预测多个倾斜的卫星平面

提出的方法

• 采用蒙特卡洛模拟，建模随机取向的冷流向中心晕输送卫星星系。
• 使用几何概率计算，估算给定比例的卫星位于薄盘内的可能性。
• 区分两种模型：径向轨道（仅考虑位置）与平面轨道（同时考虑位置与旋转方向）。
• 通过在模拟中引入温和的内流比例（≤25%），评估从随机方向吸积的额外卫星的影响。
• 计算在两种模型下，实现至少48%的卫星位于薄盘内的概率，包括与不包括随机方向吸积的情况。
• 基于宇宙学模拟中每星系晕存在两到四条主导流的配置，其中三条最为常见

实验结果

研究问题

• RQ1 冷模式吸积流是否能自然产生仙女座星系观测到的卫星薄盘结构？
• RQ2 为重现观测到的卫星共面性与共旋转特性，所需的冷流数量是多少？
• RQ3 包含从随机方向吸积的卫星后，形成薄盘的概率如何变化？
• RQ4 冷流模型是否能预测多个倾斜的卫星平面，如本星系群中所观测到的？
• RQ5 仙女座星系中卫星的观测对齐是否与基于随机取向流的几何概率模型一致？

主要发现

• 在径向轨道与平面轨道模型中，至少48%的卫星位于薄盘内的概率为50%至100%，具体取决于流的数量。
• 三条冷流以高概率重现仙女座星系中观测到的卫星分布；若仅有两条流，则除非发生显著散射，否则会过度产生平面卫星。
• 在无散射条件下，需超过两条流才能匹配观测结果，其中三条流是最可能的配置。
• 平面轨道模型（包含旋转方向）因轨道平面与流方向对齐，概率更高。
• 从随机方向引入温和的卫星内流（≤25%）对平面性结果影响可忽略，模型预测保持稳定。
• 该模型预测所有类似仙女座星系的大型星系都应拥有一个薄盘状卫星系统，且多个倾斜平面可能自然形成