数値シミュレーションと位置天文学観測データを用いた銀河動力学の研究

利用数值模拟和位置天文观测数据研究星系动力学

• 批准号: 22KJ0829
• 负责人: 朝野 哲郎
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0829/
• 关键词: 銀河動力学; N体シミュレーション; Gaia衛星

欧州宇宙機関（ESA)の位置天文観測衛星Gaiaによって、天の川銀河の星の詳細な位置・速度空間（位相空間）分布が明らかになってきた。このような星の運動情報は、天の川銀河の現在の力学構造とその進化の歴史を解き明かすために非常に重要である。本研究では、Gaiaの観測データを読み解くために必要な天の川銀河の理論モデルを構築するため、大規模なN体シミュレーションを実行した。特に、射手座矮小銀河が天の川銀河円盤に与える影響に着目して研究を行った。天の川銀河・射手座矮小銀河を模した円盤銀河と矮小銀河の相互作用を５０億体規模のN体シミュレーションで計算した。伴銀河については、観測的に推定されている射手座矮小銀河と同程度の質量のものとその１０倍の質量のものの２パターンを試した。重い伴銀河による摂動では、母銀河円盤全体に振動を励起し、その振動のスナップショットがGaia衛星のデータから発見されたphase spiralとして観測されることを確かめた。また、bendingとbreathingという二つの振動モードが存在し、それぞれ異なるメカニズムで発生することを明らかにした。一方、軽い伴銀河による摂動では、太陽系近傍（銀河中心からの距離8kpc付近）ではphase spiralが見られず、phase spiralを発生させるためには射手座矮小銀河の質量が観測的推定値よりも大きくなければならないという先行研究で指摘されてきた問題の解決には至らなかった。ただし、母銀河の棒構造の端付近では、軽い伴銀河の近接遭遇直後にphase spiralが見られた。この発生メカニズムについては、伴銀河による外的摂動と棒構造による内的摂動との複合的な要因が考えられるが、より詳細な検証が必要である。

欧洲航天局（ESA）的定位和天文观测卫星盖亚揭示了银河系中恒星的详细位置和速度空间（相空间）分布。像这样的恒星运动信息对于阐明银河系当前的动力学结构及其演化历史极其重要。在这项研究中，我们进行了大规模的N体模拟，以构建解释盖亚观测数据所必需的银河系理论模型。我们特别关注人马座矮星系对银河盘的影响。我们使用 50 亿体 N 体模拟计算了盘状星系和矮星系之间的相互作用，这些矮星系模仿了银河系和人马座矮星系。对于伴星系，我们测试了两种模式：一种的观测估计质量与人马座矮星系相似，另一种的质量是人马座矮星系的 10 倍。我们证实，巨大伴星系引起的扰动会激发整个主星系盘面的振动，并且这些振动的快照可以作为从盖亚卫星数据中发现的相位螺旋来观察到。我们还揭示了振动有两种模式：弯曲和呼吸，每种模式都是由不同的机制产生的。另一方面，在受到轻伴星系摄动的情况下，在太阳系附近（距离银心约8kpc）没有观测到相位螺旋，人马座矮星系的质量必然大于观测估计然而，这并没有解决先前研究中指出的问题。然而，在主星系棒状结构的边缘附近，在与较轻的伴星系近距离接触后，立即观察到了相位螺旋。这种发生的机制可能是由于伴星系引起的外部扰动和条状结构引起的内部扰动的综合作用，但还需要更详细的验证。

项目成果

ライデン大学(オランダ)

莱顿大学（荷兰）

Velocity-space substructures and bar resonances in an N-body Milky Way

<i>N</i>体银河系中的速度空间子结构和条共振

• DOI: 10.1017/s1743921322001521
• 发表时间: 2023
• 作者: Asano Tetsuro;Fujii Michiko S.;Baba Junich;B?dorf Jeroen;Sellentin Elena;Portegies Zwart Simon
• 通讯作者: Portegies Zwart Simon

Impact of the Satellites on the Dynamical Evolution of the Galactic Disk

卫星对银盘动力学演化的影响

• 发表时间: 2023
• 作者: Tetsuro Asano

いて座矮小銀河から摂動を受ける天の川銀河円盤

银河系盘受到人马座矮星系的扰动

• 发表时间: 2022
• 作者: 朝野哲郎

Impact of bar resonances in the velocity-space distribution of the solar neighbourhood stars in a self-consistent N-body Galactic disc simulation

自洽 N 体银河盘模拟中棒共振对太阳邻星速度空间分布的影响

• DOI: 10.1093/mnras/stac1379
• 发表时间: 2022
• 影响因子: 4.8
• 作者: Asano Tetsuro;Fujii Michiko S;Baba Junichi;Bedorf Jeroen;Sellentin Elena;Portegies Zwart Simon
• 通讯作者: Portegies Zwart Simon