扁長ハロー中の銀河円盤に励起されるウォープの維持に関する研究

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21K03626
• Research Institution: Shiga University
• Principal Investigator: 穂積 俊輔 滋賀大学, 教育学系, 教授 (90229203)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岩澤 全規 松江工業高等専門学校, 情報工学科, 准教授 (10650038) ; 似鳥 啓吾 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, 技師 (80600824)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ウォープ構造 / 扁長ダークマターハロー / N体シミュレーション

Outline of Annual Research Achievements

円盤銀河の円盤を真横から見ると、その外縁部の一端が円盤面に対して上方に折れ曲がり、対応する他端が下方に折れ曲がったウォープ構造がしばしば観測されている。このウォープ構造は、従来、衛星銀河の降着時に円盤に及ぼす潮汐力で形成されることが示されているが、この形成メカニズムでは観測から示唆される宇宙年齢程度維持することができないことも示されている。そこで、円盤銀河を取り囲むダークマターハローがラグビーボールのような扁長形状でその短軸を含む赤道面に対して円盤が傾いて形成されれば、ハローからトルクを受けてウォープを励起した後も常にそのトルクを受け続けるので長期間維持できるのではないかと考えて、N体シミュレーションを計画した。
ウォープは星密度が円盤中心と比較して1桁以上小さい円盤の外縁部の現象であることからウォープを詳細に調べるためには大規模N体計算が必要になる。そこで、円盤とハローからなる円盤銀河を高速に計算できるN体計算コードを開発した。このコードは従来の計算コードより少なくとも3倍程度高速であり、ハロー粒子数が多い場合は10倍程度高速に計算できることを示した。この成果に基づく論文は天文学の国際的専門ジャーナルに掲載された。
最終年度は実際にウォープの形成と維持を調べるべく、N体計算を実行している。ただし、扁長ハローを実現するための初期モデル形成プログラムであるGalICは、ハローを規定するパラメータを自由に変化させてモデルを作ることが難しいことがわかった。そのため、比較的扁長度の小さいハローモデルでN体計算を実行した。現状は、大規模計算のためのテスト計算としてウォープの時間進化を調べている段階である。自己重力ハローでも外場のハローと同様に励起されたウォープは比較的長期間維持されている。このことから、ハローによる力学摩擦の影響は小さいと考えられる。