暗黒物質サブハローの宇宙論的進化模型：成長する銀河系型銀河における潮汐剥離の影響

数野　優大

森　正夫（筑波大学計算科学研究センター）

金田　優香（筑波大学理工情報生命学術院数理物質科学研究群）

大滝　恒輝（ローマ・ラ・サピエンツァ大学物理学科）

概要

本研究では、超高解像度の宇宙論的$N$体シミュレーションから得られたダークマターハローの合体史のデータの包括的かつ詳細な解析結果を報告します。この解析では、粒子質量分解能が$5 \times 10^3 h^{-1} M_{\odot}$、ハロー質量分解能が$10^7 h^{-1} M_{\odot}$という条件で計算され、数値計算上の人工的な影響を抑えるのに十分な精度を実現しています。 ここでは、天の川銀河のようなダークマターハローに関連するダークマターサブハローの力学的進化を解明しました。これまで広く研究されてきたより大質量のダークマターハローとは異なり、これらのダークマターサブハローは独自の質量進化パターンをたどります。具体的には、初期の質量降着段階に続いて、ホストダークマターハローの潮汐力によって質量を失う「潮汐ストリッピング」段階へと移行します。 ダークマターサブハローが最大質量に達する「質量降着から潮汐ストリッピングへの臨界点」は、赤方偏移$z \simeq 1$付近で発生します。小規模なサブハローはこの転換点に早く到達し、大規模なサブハローは遅れて到達します。我々の解析によると、80%以上のサブハローが質量を失った経験を持ち、潮汐ストリッピングがサブハロー進化において普遍的な現象であることを強調しています。 さらに、シミュレーションからダークマターサブハローの軌道離心率と近点距離を算出し、Gaia衛星が観測した近傍の衛星銀河のデータと比較しました。その結果、コールドダークマターモデルが予測する軌道要素と観測データとの間に一致が見られ、このコールドダークマターモデルがダークマターの有力な候補であることを強く支持しています。

図は、$z=0$における質量$M_0\geq 10^7\ h^{-1}M_{\odot}$のサブハローの軌道パラメータの相関を示しています。中央のパネルは、偏心率と近点距離（ホストハローのビリアル半径で正規化）の分布を表しています。色のスケールはサブハローの数を示しています。 赤い塗りつぶしの円は、Gaia eDR 3に基づく31個の矮小銀河の軌道パラメータの中央値を示し、Low Mass Milky Wayモデル（Battaglia et al. 2022）に対応しています。右と上のパネルは、それぞれ偏心率と近点距離のヒストグラムを示しています。 3本の縦の破線は、$10^7\ h^{-1} M_{\odot}$（8.41 kpc）、$10^8\ h^{-1} M_{\odot}$（10.4 kpc）、$10^9\ h^{-1} M_{\odot}$（13.0 kpc）のダークマターサブハローの潮汐破壊半径を表し、Miki, Mori & Kawaguchi（2021）によるものです。