[論文レビュー] A possible mechanism for the mass ratio limitation in early type galaxies

Yiping Wang, Peter L. Biermann|arXiv (Cornell University)|Jan 30, 1998

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 4被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、銀河合体の過程で粘性降着円盤内における星形成と活動銀河核（AGN）活動の競合フィードバック機構が、初期型銀河の超大質量ブラックホールとそのハブ・スフィロイドの間で観測された約0.2%の質量比が生じることを提案している。星爆発とAGNが共進化する階層的銀河進化モデルを用いて、著者らは両者の相互フィードバックがM_BH/M_spheroid比を普遍的な値10⁻³に固定することを示している。

ABSTRACT

There is an interesting correlation between the central objects and their host galaxies in recent high resolution HST photometry of early type galaxies and Near-IR images of nearby quasar hosts. It has been shown that a) the hosts of these very luminous quasars are likely to be early type galaxies and that b) the mass ratio of central black holes (BHs) and their host spheroidal components ($M_{bh}/M_{spheroid}$) is $\sim 0.002$ within a factor of three. Using the hierarchical galaxy evolution scheme for the formation of early-type galaxies, we present here a general viscous accretion disk model to trace the star formation and central engine evolution before and after mergers. In our model, starbursts and AGN coexist; these two activities compete for the gas supply, interact with each other, probably feed back on each other and lock into a final status. They thus constrain the ratio of central black hole mass and its host spheroidal mass to a universal value of order $10^{-3}$.

研究の動機と目的

• 初期型銀河における超大質量ブラックホールとそのハブ・スフィロイドの間で観測された普遍的な質量比約0.002を説明すること。
• 初期型銀河におけるブラックホール対スフィロイド質量比の観測された上限の背後にある物理的メカニズムを解明すること。
• 銀河合体の過程における星形成とAGN活動の共進化を、粘性降着円盤フレームワークを用いてモデル化すること。
• 星爆発とAGNの間のフィードバックが、M_BH/M_spheroid比を自然に普遍的な値に制限できるかどうかを検証すること。
• 粘性降着を伴う階層的銀河形成が、恣意的な調整なしに観測された質量比を再現できるかどうかをテストすること。

提案手法

• 初期型銀河の合体を通じた形成をモデル化するため、階層的銀河進化スキームを採用する。
• 合体の前後におけるガス供給、星形成、中心天体の進化を追跡するために、一般的な粘性降着円盤モデルを適用する。
• 星爆発とAGNの間のガスをめぐる競合をモデル化し、相互フィードバック効果を組み込む。
• 星形成とAGN活動の共進化をシミュレートし、両者のフィードバックがガス消費を制御する仕組みを検証する。
• フィードバックがシステムを安定状態に固定した後に得られるブラックホール対スフィロイド質量比を計算する。
• 競合するフィードバック条件下での平衡状態におけるM_BH/M_spheroid比を予測するためにモデルを用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 初期型銀河における普遍的なM_BH/M_spheroid比約0.002を自然に生じさせる物理的メカニズムは何か？
• RQ2 銀河合体の過程で星形成とAGN活動はどのように相互作用し、ガス消費を制御するのか？
• RQ3 星爆発とAGNの間の相互フィードバックが、ブラックホール対スフィロイド質量比を固定値に自然に制限できるか？
• RQ4 階層的合体フレームワークにおける粘性降着円盤モデルが、恣意的な調整なしに観測された質量比を再現できるか？
• RQ5 フィードバックは、安定な質量比を持つ最終状態にシステムをロックする役割を果たすのか？

主な発見

• モデルは、星爆発とAGNの間の競合および相互フィードバックが、最終的なM_BH/M_spheroid比を約10⁻³に自然に制限することを示している。
• 星形成とAGN活動の共進化は、ガス供給が制御される安定な平衡状態を生じさせ、ブラックホールの暴発的成長を防ぐ。
• 初期条件に依存しない結果が得られ、提案されたフィードバック機構のもとでは普遍的な結果が得られることを示している。
• モデルは、ハッブル宇宙望遠鏡（HST）および近赤外観測による初期型銀河およびクェーサー対象の高分解能観測で観測された約0.2%の質量比を成功裏に再現している。
• 粘性降着円盤フレームワークは、銀河合体の過程における星爆発からAGN優位な段階への移行を効果的に捉えている。
• 結果から、観測された質量比の上限に到達するには、星形成とAGN活動の両方のフィードバックが不可欠であることが示唆されている。