理論天文学のシンポ〜銀河系・近傍銀河研究の進展〜
千葉柾司（東北大学）

Cold Dark Matter galaxy formation
 galaxy distribution
 galaxy dynamics
 galaxy morphology+Λ ⇒ΛCDM
By B.MooreIssues in ΛCDM-based galaxy formation
Downsizing

Missing satellite problem

UV feedback
Over-merging
NFW profile
AGN feedback
Angular-momentum problem
Substructure
Central cusp problem

講演内容
その時歴史は動いた！
– 銀河系天文学を前進させた研究

未解決問題と今後

その時歴史は動いた：
まず１0年前の状況
Λは小さいかゼロ？
– Kochanek 1996 レンズ統計– Λ＜0.66 at 95% confidence !
– Type Ia の初期データも同様の結果

ダークハローの空間分布？
– Navarro, Frenk, & White 1996, 1997
– NFW profile

ダークハローのオーバーマージング？
– Cf. Moore et al. 1999, Klypin et al. 1999

10年間の最多引用文献10傑(Thomson Corp.: ESI, Space Science)
1. 2934 Schlegel et al. 1998
2. 2638 Spergel et al. 2003
3. 2198 Perlmutter et al. 1999
4. 2163 Riess et al. 1998
5. 1401 Bertin & Arnouts 1996
6. 1339 Navarro, Frenk, & White 1997
7. 1278 Bennett et al. 2003
8. 1088 Navarro, Frenk, & White 1996
9. 928 Condon et al. 1998
10. 854 York et al. 2000

11~20位
11. 828 Harris 1996
12. 804 Freedman et al. 2001
13. 790 Madau et al. 1996
14. 778 Cleveland et al. 1998
15. 774 Seljak & Zaldarriaga 1996
16. 728 Magorrian et al 1998
17. 724 Sanders & Mirabel 1996
18. 712 Kennicutt 1998
19. 687 Grevesse & Sauval 1998
20. 676 Steidel et al. 1999

銀河系(恒星系)関連の主な出来事
1922: High velocity stars (Oort)
1923: M31 as an external galaxy (Hubble)
1944: Population I, II (Baade)1962: Galaxy collapse (Eggen, Lynden-Bell, Sandage)– 1964: Density wave (Lin, Shu), 1966: Galactic shock wave(Fujimoto)

1969: Simulation of galaxy collapse (Larson)
1978: Chaotic merging picture (Searle, Zinn)
1983: The thick disk (Gilmore, Reid)– Cf. 1982: Yoshii

1993: MACHO (Alcock et al.)
1994: Sgr dwarf (Ibata et al.)
1997: Hipparcos Catalogue open to public– 1998: MC & Yoshii, 2000: MC & Beers

2001: SDSS EDR

銀河系形成のシナリオ
Oort, J. H. 1922: high velocity stars
BAN

太陽近傍星の運動を系統的に解析

V＜Vlim=90km/s
では、ガウス分布。
速度方向は対称。
V＞Vlim(high velocity stars)
では、速度方向が非対称になる。

銀河回転方向

V>90km/s

Oort 1926 にてVlim=63km/sに改訂。

銀河回転に垂直方向の速度

太陽近傍星の３次元速度分布（ヒッパルコス衛星データ）

63km/s
銀河回転方向の速度

Eggen, Lynden-Bell, Sandage 1962
[Fe/H]-2.4

Free-fallcollapse

Metallicity-1.2-0.4

high proper-motion stars

0.0

Orbital eccentricitye = (rap-rpr) / (rap+rpr)

Free-fall collapse

large esmall elarge e

金属量

Ｚ方向の到達最高点

銀河面に垂直方向︵Ｚ︶速度

ELSCollapsefactor~25 in Z~10 in R

Larson 1969: 銀河形成の数値モデル

Since ELS …
galaxy formation

ELS

Galaxy formation

spherical galaxy
galactic windmerging
slow collapse

Larson, Tinsleymodels ofgalaxy evolution
Arimoto, Yoshii

galaxy formation
hierarchical clustering
CDM models

observationalcosmology
Yoshii, Takahara

semi-analytic
modelsSearle & Zinn
Yoshii & Saio
Norris, Freeman,
Carney …

Hipparcos
Katz & Gunn
Steinmetz & Muller
Bekki & Chiba
Abadi et al.

Classical Pictures* Monolithic, free-fall collapse
Eggen, Lynden-Bell, Sandage 1962 (ELS)* Chaotic merging of numerous fragments
Searle, Zinn 1978 (SZ)
ELS

SZ
rapid collapse

Correlation between kinematics
and metal abundances of stars

merging(slow collapse)

Age spread among globularclusters(but how did the disk form?)

ELS 1962

Norris et al. 1985

Yoshii & Saio 1979Ryan & Lambert 1995

Abundance error
Metal-weak thick disk

ヒッパルコス衛星の成果
19８９年打ち上げ、1993年観測終了、1997年データの一般公開

e: adiabatic invariant

MC & Beers 2000

平均回転運動〈Vφ〉の振舞い

discontinuity

halo-1.7

thick disk

disk

halo

MC & Beers 2000

• Halo formation is distinct from disk formation.
• Mean azimuthal rotation decreases with |z|.

厚い銀河円盤の発見
Gilmore. G. & Reid, N. 1983
銀河南極方向の恒星計数

hz=300pc

hz=1350pc

ρthick~2%ρthin

Yoshii, Y. 1982:
signature of the thick disk
銀河北極方向の恒星計数

hz=1920pc

not halo…

CDMに基づく銀河系収縮とハロー
z=12z=0gasstar

Bekki & MC 2001

(green: M=108-1010Msun, T>104K)
Moore et al. 2005, astro-ph/0510370

Ibata et al 2004: Sgr dwarf

Sgr dwarf

“Field of Streams” in SDSS data (Belokurov et al. 2006)
Monoceros ring

Sgr stream

Virgo overdensity

2MASS(M giants)

Majewski et a. 2003

Sgr stream

Stream is confined onto an orbital plane⇒ round dark halo at 20 < r < 50 kpc

Majewski et al.

未解決問題（１０年以内に解決？）
ミッシングサテライト問題– 矮小銀河の性質– 高速度H I雲の性質– ハロー星の速度分布– 銀河系内のサブハロー分布

Thick disk の起源– 銀河合体過程– Thin disk との関係

アンドロメダ銀河と銀河系– 古成分の相違– 銀河合体過程– アンドロメダのサブハロー分布

ミッシングサテライト問題
Diemand et al. 2006
2.1×104 Msun/particle!

シミュレーション結果

銀河系伴銀河

A new, faint and old stellar system @ D=150kpc
Sakamoto & Hasegawa 2006
Belokurov et al. 2006

The number of newly found satellites is increasing
Insights on missing satellite problem

High Velocity Clouds

矮小銀河の金属量分布Helmi et al. 2006
累積関数

銀河系ハロー

現在の矮小銀河を集めても銀河系ハローは再現できない

Thick disk の起源-1 < [Fe/H] < -0.4
scale height ~ 1 kpc
Thick disk revealed from F- and G- stars in SDSS DR3(Allende Prieto et al. 2006)
Thick disk

• Vrot ↓as |z|↑(confirmed)• no metallicity gradientThick disk 形成のシナリオ
Thick disk

Dissipative collapse– Burkert et al. 1992
– Thick diskの独立性×– 金属量勾配が存在 ×Thin disk

Merging of luminous satellites– Quinn et al. 1993, Abadi et al. 2003
– [α/Fe] が小さくなる×– 金属量が小さく、多種の恒星種族の混合となる ×Feltzing et al. 2003

Multiple mergers of building blocks– Brook et al. 2004
– Vrot が z に依存しない×

Disk heating triggered by merging of CDM subhalos– Hayashi & Chiba 2006

Dynamical effects of CDM subhalos
on a (pre-existing) galactic disk
Distribution of subhalos in a galactic scale(by Moore)

Disk heating ⇒ formation of a thick disk?

Numerical simulation of disk heating(Hayashi & Chiba 2006)
Subhalo: Msub

Scaleheight： Zd

Scale length: Rd
Mass: Md

after ~5 Gyr M sub , j ∆Z d
= 8∑ Rdj =1  M d 

ΔZd / Rd

N

Observedthin disks∑(Msub,j / Md)22

Observed thin disks: Zd / Rd < 0.2(Kregel et al. 2002)⇒ accreted subhalo mass
< 0.15 Md

No metallicity gradientz<245pc at t=0z>245pc at t=0<Vφ>
Vertical gradientin mean rotation|z|∆Z d2−2∝ M sub Vc
RdMore massive thick disk
for smaller Vc disk system

CDM subhalos はthick diskの形成において重要

アンドロメダ銀河の恒星系ハロー
Ferguson et al. 2002

Suprime-Cam survey fields(Tanaka, M. et al. 2006 in prep.)Color-magnitude diagram
Minor axis
35kpc from the GC(Field 4)

Getting metallicity distribution

Mean metallicity along the minor axisdeg

Milky Way halokpc

HyperSprime Survey of the Andromeda Halo (down to HB)

HSC+WFMOSh2=1h2=0.75 normalized at 2deg^2

結論
CDMに基づく銀河系・局部銀河群形成理論の完成。
RAVE, GAIA, JASMINE + HyperSprime,WFMOS on Subaru + ELTによる観測との比較検証。
今年一年ごくろうさまでした。

終了