مُلَخَّص
المجرّات الأثريّة هي مجرّات ضخمة، مُندمجة، وهادئة تُرصَد في الكون المحلّي ولم تتعرّض لتفاعلات قويّة أو اندماجات كبرى منذ نحو \(z = 2\)، فظلّت إلى حدٍّ بعيد شبه غير متغيّرة منذ ذلك الحين. في المقابل، تُظهر المجرّات الضخمة والمُندمجة من النمط المُبكّر (cETGs) في الكون المحلّي خصائص مُشابهة للمجرّات الأثريّة، على الرغم من تاريخ اندماجي ممتدّ. وبحالتها «المتجمِّدة»، توفّر هذه المجرّات الأثريّة دلائل مهمّة حول المسارات التطوّريّة لمجرّات النمط المُبكّر ودور الاندماجات في تشكيلها.
باستخدام المحاكاة عالية الدقّة TNG50-1 من مشروع IllustrisTNG، نستعرض تاريخ تجميع عيّنة من هذه المجرّات الضخمة والمُندمجة القديمة والهادئة، مُفصولةً بحسب نسبة الكتلة النجميّة المُكتسَبة من الأقمار الصناعيّة. نقارن المسارات التطوّريّة عبر ثلاث حِقَب كونيّة: \(z=2\)، \(z=1.5\)، و\(z = 0\)، باستخدام منهج التحليل المداري الحركي لكلّ مجرّة وعلاقته ببيئتها. تشير نتائجنا إلى مسار تطوّري سلس عبر الزمن لا يعتمد بشكل كبير على الاندماجات أو البيئة. لا تُظهر المجرّات الأثريّة وcETGs تفضيلًا واضحًا لبيئات عالية أو منخفضة الكثافة ضمن حجم TNG50 المُستكشَف؛ إذ تُوجَد الفئتان كلتاهما في المشهد المحلّي. ومع ذلك، عاش أسلاف المجرّات الأثريّة في بيئات كثيفة منذ \(z=2\)، بينما انتقل أسلاف cETGs إلى بيئات كثيفة لاحقًا. يمكن استرداد بصمات الاندماج من الخواصّ الحركيّة في الكون المحلّي. تُظهر المجرّات الأثريّة وcETGs تشابهات ديناميكيّة جيّدة عند \(z=2\)، وتَبايُنات عند \(z=0\) بين مُكوّنات القرص والانتفاخ والهالة النجميّة الداخليّة الساخنة. في هذا السيناريو، لا تُنشِئ الاندماجات التي تنمو منها cETGs مسارًا جديدًا مختلفًا عن مسار المجرّات الأثريّة.
مُقَدِّمَة
أُبرِزَت أهمّيّة الفروق بين المجرّات الضخمة من النمط المُبكّر عند انزياح أحمر عالٍ (\(z \gtrsim 2\)) ونظيراتها المحلّيّة (2005Daddi, 2006ApJKriek_vanDokkum, 2008Buitrago, 2007Trujillo, van_der_Wel_2009, 2009Cemarro&Trujillo, 2014BelliandNewman). تُشير الملاحظات والمُحاكاة إلى أنّ المجرّات المُبكّرة عند انزياح أعلى تميل لأن تكون مُدمجةً وأصغر بحوالي عامل \( \sim 3 \) مقارنةً بنظيراتها المحلّيّة (vanderWel2014, 2009Naab, 2010VanDokkum, 2010OserOstriker, 2022Remus).
يتّبع السيناريو التقليدي لتكوين وتطوّر هذه المجرّات نموذج الطورَيْن (2010OserOstriker): طورٌ سريع عند \(z > 2\) تتشكّل فيه معظم الكتلة النجميّة عبر عمليّات مُبدّدة و/أو اندماجات «رطبة» مع حبسٍ لاحق لتشكّل النجوم، تليه مرحلة ثانية يزيد فيها الحجم بفعل اندماجات «جافّة» (غالبًا ثانويّة). ضمن هذا الإطار، تُعَدّ المجرّات الأثريّة أجسامًا ضخمة، مُدمجة، وهادئة لم تختبر اندماجات كبيرة منذ \(z \sim 2\)، فتبقى شبه غير مُتغيّرة.
توفّر المجرّات الأثريّة منصّة فريدة لدراسة آليّات الإخماد، والاندماج، والتطوّر المورفولوجي للمجرّات الضخمة الساكنة (2009Trujillo, 2017Ferré-Mateu, 2022Salvador, 2023Martin, 2021Spiniello). وتشمل التفسيرات المُقترحة تغذيةً راجعةً من الثقوب السوداء (2017Combes, 2015Volonteri)، والإخماد المورفولوجي (1980Dressler, 2011Cappelari)، والعمليّات البيئيّة مثل التجريد بضغط «رام» (1972Gunngott, 2023Rohr, 2019Vulcani). وتُعَدّ المُحاكاة الكونيّة أداةً رئيسيّةً لتقييم دور البيئة (2012Gabor, 2019Ruggiero, 2023Hasan)، ولا سيّما TNG50 عالية الدقّة التي أتاحت تحديد مُرشَّحين أثريّين (Floresfreitas2022).
نهدف في هذه الدراسة إلى استكشاف تراكم الكتلة والتطوّر الديناميكي والبيئي لمجرّاتٍ ضخمةٍ ومُندمجة في TNG50-1 عبر \(z=0\) و\(z=1.5\) و\(z=2\). نستخدم أشجار الاندماج لتتبّع البُنى الفرعيّة، ونُحلّل توزيع مدارات النجوم وتفكيك المُكوّنات الديناميكيّة (القرص، والانتفاخ، والهالة)، ثمّ نقوّم دور الاندماجات والبيئة في صياغة المسارات التطوّريّة.
الطُّرُق وٱختيار العيّنة
محاكاة TNG الكونيّة والنموذج العددي
لتحليل التاريخ الهيدروديناميكي للمجرّات، نستخدم مُحاكاة IllustrisTNG (2018Nelson … 2022Park) المُنفّذة بواسطة الشيفرة Arepo (2010Springel). تُتيح مجموعة TNG دراسة بيئات مختلفة وعلى درجات دقّة متعدّدة؛ وقد اخترنا TNG50-1 لصِغر حجمها الحجمي وارتفاع دقّتها بما يُناسب فحص البُنى الداخليّة.
تشمل البيانات استخدام خوارزميّة Subfind (2001Springel, 2009Dolag) لتحديد الهالات والبُنى الفرعيّة وكتلها الباريونيّة والداكنة، بالإضافة إلى أشجار الاندماج SubLink (2015RodriguezG) لتتبّع الأنساب عبر اللقطات الزمنيّة وتحديد الجُسيمات النجميّة الأصليّة والمُكتسَبة.
ٱختيار العيّنة
نُحدِّد عيّنةً من 156 مجرّة مُحاكاة عند \(z=0\) تخضع للشروط: \(M_{\star}\,\ge\,10^{10}\,M_{\odot}\)، و\(R_{e}\,\le\,4\,\mathrm{kpc}\)، و\(\mathrm{sSFR}\,<\,10^{-11}\,\mathrm{yr}^{-1}\)، و\(t_{\mathrm{age}}\,\ge\,5\,\mathrm{Gyr}\). نُصنِّفها بحسب نسبة الكتلة النجميّة المُكتسَبة من الأقمار الصناعيّة \(f_{\mathrm{acc}}\): تُعرَّف cETGs بكونها \(f_{\mathrm{acc}} > 10\%\)، بينما تُعرَّف المجرّات الأثريّة بكونها \(f_{\mathrm{acc}} < 10\%\) وعدم وجود اندماجات كبيرة منذ \(z \sim 2\).
طريقة التحليل الحركي
نُطبّق توزيع كثافة الاحتمال للمدارات \(p(\lambda_z, r)\) كما في (2022ZhuLing) لتفكيك البنية الديناميكيّة إلى مُكوّنات:
القرص البارد \(\lambda_z>0.8,\, r