[論文レビュー] Constraining Galaxy Evolution With Bulge-Disk-Bar Decomposition

Tim Weinzirl, Shardha Jogee+1 more|ArXiv.org|Feb 26, 2008

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、近赤外画像を用いたGALFITを用いた三成分（バルジ・ディスク・バー）分解手法を導入し、ディスク銀河における構造的パラメータの測定を改善する。明示的にバーをモデル化することで、バルジ対全光度比（B/T）が最大で2倍まで低減され、二成分フィットによるバルジ質量の過大評価が解消され、銀河進化およびバルジレス銀河に関する制約がより正確なものとなる。

ABSTRACT

Structural decomposition of galaxies into bulge, disk, and bar components is important to address a number of scientific problems. Measuring bulge, disk, and bar structural parameters will set constraints on the violent and secular processes of galaxy assembly and recurrent bar formation and dissolution models. It can also help to quantify the fraction and properties of bulgeless galaxies (those systems having no bulge or only a relatively insignificant disky-pseudobulges), which defy galaxy formation paradigms requiring almost every disk galaxy to have a classical bulge at its core. We demonstrate a proof of concept and show early results of our ongoing three-component bulge-disk-bar decomposition of NIR images for a sample of three complementary samples spanning different epochs and different environments (field and cluster). In contrast to most early studies, which only attempt two-component bulge-disk decomposition, we fit three components using GALFIT: a bulge, a disk, and a bar. We show that it is important to include the bar component, as this can significantly lower the bulge-to-total luminosity ratio (B/T), in many cases by a factor of two or more, thus effectively changing the Hubble type of a galaxy from early to late.

研究の動機と目的

• ΛCDM銀河形成モデルにおける不一致を解消するため、特にバルジ対全光度比（B/T）を正確に測定すること。
• バーが二成分（バルジ・ディスク）フィットを歪め、B/T値が inflated される原因となること、および銀河タイプの誤分類を引き起こす可能性を調査すること。
• バルジレス銀河（B/T < 0.2）の割合と性質を定量化し、異なる環境および赤方偏移においてその分布を評価すること。
• 環境の過密度が、特にフィールド環境とクラスタ環境の間で、低B/T銀河の形成および生存に影響を与えるかどうかをテストすること。
• マルチエポックおよびマルチ環境サンプルを用いて、バーを明示的な成分として含めることで、銀河構造分解の正確性を向上させること。

提案手法

• 三段階のGALFITベースの分解を実施：まず一成分（Sérsicバルジ）フィット、次に外側等光線から得た固定されたディスクの位置角および軸比（b/a）を用いた二成分（Sérsicバルジ＋指数的ディスク）フィット、最後に初期推定値として前処理結果を用いた三成分（バルジ＋ディスク＋バー）フィット。
• バーを低インデックス（n ≈ 0.6–1）のSérsic成分としてモデル化し、画像の可視的検査から初期サイズおよび位置角を推定する。
• すべてのフィットでディスクパラメータ（位置角およびb/a）を固定し、強いバーを持つ銀河においてディスクが人工的に延長されないよう防止する。
• 三成分フィットの妥当性を複数の基準で検証：残差解析（バーのシグネチャの除去）、フィットパラメータの物理的妥当性、バーの可視的証拠、初期推定値を変更した場合の収束の安定性。
• 三つの補完的サンプルに本手法を適用：局所フィールドサンプル（z ~ 0、OSUおよびUKIDSS）、コマ銀河団サンプル（ACS Treasury）、高赤方偏移初期ディスク（z ~ 2、NICMOS画像）。
• ミレニアム銀河カタログおよびNYUバリュー・アドエッドカタログの公表結果と比較して手法を検証し、既知の三成分分解がなされた銀河（Laurikainen et al. 2006; Reese et al. 2007）を用いてテストした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河分解にバー成分を含めることで、導出されるバルジ対全光度比（B/T）にどのような影響があり、二成分フィットにおける過大評価はどの程度是正されるか？
• RQ2 バーを明示的にモデル化した場合、バルジレス銀河（B/T < 0.2）の真の割合と構造的分布はどのようになるか？また、ΛCDMシミュレーションの予測と比較するとどうなるか？
• RQ3 低B/Tの銀河の構造的パラメータ（スケール長、Sérsic指数、B/T）は、環境（フィールド対クラスタ）および赤方偏移（z ~ 0 から z ~ 2）の違いによってどのように変化するか？
• RQ4 バーの存在が、二成分フィットにおけるディスクおよびバルジのスケール長の正確性にどの程度影響を及ぼすか？三成分フィットによって物理的に妥当な値が回復できるか？
• RQ5 バーの存在が、バルジ・ディスク・バー成分間の光度分布に顕著に影響を及ぼすか？また、これにより銀河分類および進化モデルにどのような影響が生じるか？

主な発見

• 三成分フィットにおけるバー成分の導入により、多くの銀河でバルジ対全光度比（B/T）が2倍以上低減され、推定されるハッブル型が顕著に変化した。
• 極端な例としてNGC 4643では、二成分フィットがバーの汚染によりバルジの光度を人工的に増大させ、ディスクスケール長が335アーカ秒にまで延長されたが、これは物理的に非現実的で銀河の形状と整合しない。
• 三成分フィットにより、NGC 4643ではディスクスケール長が物理的に妥当な値（48.22アーカ秒）に回復された。これは、バーが考慮されない場合に二成分フィットが歪められることを示している。
• 二成分フィットと三成分フィットの間で光度が保存されていることから、B/Tの変化は数値誤差ではなく、光度の再分配によるものであることが確認された。バーは本来バルジに割り当てられていた光度を吸収していた。
• NGC 4643ではバー成分が全光度の最大20.9%を占めており、バーが標準の二成分モデルでは捉えられない主要な構造的成分であることが確認された。
• 本手法により、バーを持つ系においてディスクおよびバルジの人工的延長および明るさの増加を防ぎ、銀河進化および形成プロセスに関するより信頼性の高い制約が得られた。