[論文レビュー] 1.65 micron (H-band) surface photometry of galaxies. IX: photometric and structural properties of galaxies

M. Scodeggio, G. Gavazzi+4 more|ArXiv.org|Feb 1, 2002

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 45被引用数 28

ひとこと要約

本研究では、1,143個の近傍銀河を対象とした均一なHバンド（1.65 μm） photometry調査を実施し、光の分布のモデルに依存しない連続的指標としての集中度指標C₃₁を用いて構造的性質を特徴づけた。C₃₁とHバンド光度の間に強い非線形相関が確認され、C₃₁ > 5の高集中度は光度L_H > 10¹⁰ L☉の明るい銀河に限定される。また、光度と有効表面輝度（μₑ）の間に一意で単調な関係が成立しており、これは2領域に分けられるBバンドの挙動に反するものであり、質量依存的銀河形成メカニズムを支持する。

ABSTRACT

As a result of a systematic NIR H-band (1.65 micron) imaging survey of normal galaxies in the local universe, we are able to measure in a highly homogeneous way photometric and structural properties for a sample of 1143 galaxies. We base our analysis on a quantitative structural parameter, the concentration index C_31, instead of relying on the galaxies' morphological classification. The C_31 parameter provides a model independent, quantitative and continuous characterization of the light distribution within galaxies, and it is thus to be preferred to either the Hubble type or a parameter like the bulge-to-disk or bulge-to-total light ratio. We find that galaxies can be completely described by three parameters, namely: a scale parameter (the H-band luminosity), a shape parameter (the concentration index C_31) and a colour parameter (e.g. the B-H colour). At low luminosity dEs and dIs, having similar C_31, are colour-discriminated, while at very high luminosity different C_31 discriminate S0s from Scs, otherwise undistinguishable on the basis of their colour. A single, monotonic relation exists between luminosity and mu_e in the H-band, as opposed to the two separate regimes that are generally observed in the B-band. As NIR luminosity traces quite accurately the galaxy mass distribution, this relation re-enforces the indication in favour of a scale-dependent mass collapse mechanism which produces higher surface-brightness and more centrally peaked galaxies with increasing mass. However, the presence of high-luminosity low-C_31 galaxies hints at other machanisms and physical properties (such as angular momentum) playing an important role in galaxy formation. (abridged)

研究の動機と目的

• 近赤外（Hバンド）表面photometryに基づく均一で定量的な銀河分類を確立し、形態的分類に依存しないこと。
• 銀河質量（Hバンド光度を用いて）が、光の集中度や表面輝度といった構造的性質に与える影響を調査すること。
• Hバンド表面輝度–光度関係が、よく知られた2領域に分けられるBバンド関係と異なるかどうかを明らかにし、銀河形成メカニズムに与える意味を評価すること。
• 従来の形態的分類やバルク比分類と比較して、C₃₁がモデルに依存しない連続的構造パラメータとしての有効性を評価すること。
• 銀河質量、星形成歴、角運動量の間の相互作用が、構造的多様性を決定づけるメカニズムに与える影響を探索すること。

提案手法

• バーゼル銀河団、グレートウォール、孤立銀河などの近傍宇宙に位置する1,143個の銀河を対象に、Hバンド（1.65 μm）の系統的画像調査を実施した。
• 集中度指標C₃₁を、全Hバンド光度の75%と25%を囲む半径比として定義し、モデルに依存しない連続的光の集中度測定値を提供した。
• 近赤外光と星の質量含量の既知の相関を活用し、Hバンド光度を銀河質量の代理指標として用いた。
• C₃₁と全Hバンド光度の関係、および有効表面輝度（μₑ）と光度の関係を分析し、光学的（Bバンド）研究と比較した。
• 銀河の星形成歴や星族特性を推定するため、B–H色を用いて構造的性質と進化的要因を分離した。
• Hバンドの構造的関係をBバンドのものと比較し、特に表面輝度–光度関係に注目し、ほこりの影響や最近の星形成の影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 集中度指標C₃₁はHバンド光度とどのように相関するか。また、この関係は銀河光度関数全体にわたり非線形的であるか。
• RQ2 Hバンド表面輝度–光度関係は、光学バンドで観測された2領域に分けられる挙動と異なり、単一の連続的関係を示すか。
• RQ3 C₃₁に加えて光度と色を組み合わせた場合、銀河の構造的多様性を完全に記述できるか。また、従来のハッブル分類と比較して、その有効性はいかに。
• RQ4 ほこりによる減光と継続的星形成は、光学的バンドと近赤外バンドで得られる構造的パラメータにどの程度影響を与えるか。
• RQ5 質量（L_Hを用いて）、集中度（C₃₁）、表面輝度（μₑ）の間の観測された相関は、銀河形成・進化を駆動する物理的メカニズムに何を示唆するか。

主な発見

• 集中度指標C₃₁はHバンド光度と強く非線形的に相関しており、C₃₁ > 5はL_H > 10¹⁰ L☉の銀河に限定される。これは、高集中度は顕著な質量を要することを示唆する。
• L_H < 10¹⁰ L☉の銀河ではC₃₁ < 3であり、これは低質量系（矮星不規則銀河やdE）が形態にかかわらず中心に集中していないことを示している。
• Hバンド光度と有効表面輝度（μₑ）の間に一意で単調な関係が成立する。これは、Bバンドで観測された2領域に分けられる挙動とは対照的であり、近赤外領域ではμₑがスケールフリーなパラメータでない可能性を示唆する。
• Hバンド表面輝度–光度関係は、BバンドのB–VまたはB–H関係よりも著しく急勾配であり、低B–V色で平坦な領域が存在しない。これは、星形成やほこりによるデゲネラシーが低減していることを示している。
• 高光度でC₃₁が低い銀河（例：バルクのないSc渦巻銀河）は、質量だけでは集中度を予測できないことを示しており、角運動量や形成歴が極めて重要な役割を果たしていることを示唆する。
• Hバンド光度、C₃₁、B–H色の組み合わせにより、銀河の完全な3パラメータ記述が可能となり、形態的に類似した系（低光度ではdEsとdIs、高光度ではS0sとScs）の区別が可能になった。