[论文解读] The diverse nature and formation paths of slow rotator galaxies in the EAGLE simulations

Claudia del P. Lagos, Éric Emsellem+6 more|arXiv (Cornell University)|Dec 15, 2020

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 6被引用 4

一句话总结

本研究利用EAGLE模拟分析红移z=0时的慢转子（SR）星系，揭示并合——尤其是大质量和小质量并合——驱动了动力学演化，增加了三轴度和星内星族分数。关键发现为：通过AGN反馈实现的熄灭通常先于动力学演化，但在卫星星系中，并合与环境共同触发了SR的形成，扁平、圆球和长轴SR具有不同的形成路径。

ABSTRACT

We use a sample of $z=0$ galaxies visually classified as slow rotators (SRs) in the EAGLE hydrodynamical simulations to explore the effect of galaxy mergers on their formation, characterise their intrinsic galaxy properties, and study the connection between quenching and kinematic transformation. SRs that have had major or minor mergers (mass ratios $\ge 0.3$ and $0.1-0.3$, respectively) tend to have a higher triaxiality parameter and ex-situ stellar fractions than those that had exclusively very minor mergers or formed in the absence of mergers (no-merger SRs). No-merger SRs are more compact, have lower black hole-to-stellar mass ratios and quenched later than other SRs, leaving imprints on their $z=0$ chemical composition. For the vast majority of SRs we find that quenching, driven by active galactic nuclei feedback, precedes kinematic transformation, except for satellite SRs, in which these processes happen in tandem. However, in $\approx 50$\% of these satellites, satellite-satellite mergers are responsible for their SR fate, while environment (i.e. tidal field and interactions with the central) can account for the transformation in the rest. By splitting SRs into kinematic sub-classes, we find that flat SRs prefer major mergers; round SRs prefer minor or very minor mergers; prolate SRs prefer gas-poor mergers. Flat and prolate SRs are more common among satellites hosted by massive halos ($>10^{13.6}\, m M_{\odot}$) and centrals of high masses ($M_{\star} > 10^{10.5}\, m M_{\odot}$). Although EAGLE galaxies display kinematic properties that broadly agree with observations, there are areas of disagreement, such as inverted stellar age and velocity dispersion profiles. We discuss these and how upcoming simulations can solve them.

研究动机与目标

• 理解EAGLE模拟中慢转子（SR）星系的形成机制。
• 研究星系并合（大质量、小质量及极小质量）在塑造SR特性（如三轴度和星族分数）中的作用。
• 考察SR中熄灭（通过AGN反馈）与动力学演化之间的时间关系。
• 根据动力学形态（扁平、圆球、长轴）对SR进行分类，并将其与形成路径及宿主晕质量关联。
• 识别模拟与观测SR特性之间的差异，如年龄和速度弥散度分布的倒置，并为未来模拟提出改进建议。

提出的方法

• 利用EAGLE流体动力学模拟中在z=0时通过视觉分类为慢转子（SRs）的星系样本。
• 通过分析质量比（≥0.3为大质量，并合，0.1–0.3为小质量，并合，<0.1为极小质量，并合）以及并合时间相对于熄灭和动力学演化的时间关系，追踪SR的并合历史。
• 量化内在属性，包括三轴度、星内星族分数、黑洞质量与星族质量比以及紧凑度。
• 基于形状和旋转特性，将SR分类为动力学子类：扁平、圆球和长轴。
• 将模拟的SR动力学和结构分布与观测数据进行比较，识别差异，如星族年龄和速度弥散度分布的倒置。
• 分析环境影响，包括潮汐场和中心星系相互作用，尤其在卫星SR中。

实验结果

研究问题

• RQ1 在EAGLE模拟中，星系并合在慢转子星系形成中扮演何种角色？
• RQ2 并合历史（大质量、小质量、极小质量或无并合）如何影响SR的结构和动力学特性？
• RQ3 在SR形成过程中，熄灭与动力学演化哪个先发生？这一顺序在中心星系与卫星星系中是否存在差异？
• RQ4 不同动力学形态的SR（扁平、圆球、长轴）具有何种独特的形成路径？
• RQ5 模拟的SR特性在多大程度上与观测一致？仍存在哪些差异？

主要发现

• 经历大质量或小质量并合（质量比≥0.3或0.1–0.3）的SR表现出更高的三轴度和更大的星内星族分数，高于无并合的SR。
• 无并合SR更紧凑，黑洞与星族质量比更低，且熄灭时间更晚，留下独特的化学印记。
• 在大多数SR中，AGN反馈导致的熄灭先于动力学演化；但在约50%的卫星SR中，熄灭与动力学演化同时发生。
• 在卫星SR中，约50%由卫星-卫星并合形成，其余50%则受环境效应（如潮汐场和中心星系相互作用）塑造。
• 扁平SR偏好大质量并合，圆球SR偏好小质量或极小质量并合，长轴SR偏好贫气并合。
• 扁平和长轴SR更常见于大质量晕（>10^13.6 M☉）及高质量中心星系（M⋆ > 10^10.5 M☉）中，表明其形成受环境和质量依赖性影响。