[論文レビュー] Formation of S0 galaxies through mergers. V. Antitruncated stellar discs resulting from major mergers

Alejandro Borlaff, M. C. Eliche‐Moral+7 more|LA Referencia (Red Federada de Repositorios Institucionales de Publicaciones Científicas)|Jul 18, 2014

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 2被引用数 40

ひとこと要約

本研究では、主要合体が自然に現実的ないくつかの反逆的（タイプIII）星族円盤を有するS0銀河を生成できることを示している—これは、長年にわたり、このような特徴は静穏なプロセスを要すると考えられてきたが、それを覆すものである。GalMerデータベースからの断熱的N体シミュレーションを用いて、約70％の安定化したS0残骸が反逆的構造を示すことが判明し、明るさとサイズの両方における観測傾向と一致する光度的スケーリング関係を示している。これにより、主要合体が反逆的S0銀河の形成メカニズムとして妥当であることが確認された。

ABSTRACT

Lenticular galaxies (S0s) are more likely to host antitruncated (Type-III) stellar discs than galaxies of later Hubble types. Major mergers are popularly considered too violent mechanisms to form these breaks. We have investigated whether major mergers can result into S0-like remnants with realistic antitruncated stellar discs or not. We have analysed 67 relaxed S0 and E/S0 remnants resulting from dissipative N-body simulations of major mergers from the GalMer database. We have simulated realistic R-band surface brightness profiles of the remnants to identify those with antitruncated stellar discs. Their inner and outer discs and the breaks are quantitatively characterized to compare with real data. Nearly 70% of our S0-like remnants are antitruncated, meaning that major mergers that result in S0s have a high probability of producing Type-III stellar discs. Our remnants lie on top of the extrapolations of the observational trends (towards brighter magnitudes and higher break radii) in several photometric diagrams. In scale-free photometric diagrams, simulations and observations overlap and the remnants reproduce the observational trends, so the physical mechanism after antitruncations is highly scalable. We have found novel photometric scaling relations between the characteristic parameters of the antitruncations in real S0s, which are also reproduced by our simulations. The trends in all the photometric planes can be derived from three basic scaling relations that real and simulated Type-III S0s fulfill: h_i \prop R_brkIII, h_o \prop R_brkIII, and mu_brkIII \prop R_brkIII, where h_i and h_o are the scalelenghts of the inner and outer discs, and mu_brkIII and R_brkIII are the surface brightness and radius of the breaks. Mayor mergers provide a feasible mechanism to form realistic antitruncated S0 galaxies (abridged).

研究の動機と目的

• 主な合体が現実的ないくつかの反逆的（タイプIII）星族円盤を有するS0型類縁天体を生成できるかどうかを調査すること。
• 観測された反逆的S0銀河における光度的傾向—たとえば、折りたたみ半径や表面輝度スケーリング—が、合体シミュレーションによって再現可能かどうかを検証すること。
• S0銀河における反逆的構造と棒状構造が、光度的分析を通じて構造的に関連しているのか、それとも独立した現象なのかを特定すること。
• 星族の年齢やダスト減光効果の不確実性に対する、シミュレーション結果の頑健性を評価すること。

提案手法

• GalMerデータベースを用いて、主要合体の断熱的N体シミュレーションから得られた67個の安定化したS0およびE/S0残骸をシミュレートした。
• 各残骸について合成Rバンド表面輝度プロファイルを生成し、複数成分のSérsicおよび指数関数的フィットを用いて反逆的円盤を同定した。
• 反逆的構造のパラメータを定量化：折りたたみ半径（R_brkIII）、折りたたみ表面輝度（μ_brkIII）、および内側／外側円盤の時間定数（h_i, h_o）を観測と比較した。
• 星族の年齢に差を加味したばらつきテストを実施し、古い星粒子に対して6〜14 Gyrの異なる年齢を仮定することで、年齢仮定への感度を評価した。
• 典型的なE/S0の減光値（A_R ~ 1 mag）を用いてダスト減光効果を評価し、表面輝度および全等級のオフセットに与える影響を推定した。
• 絶対的およびスケールフリーの光度的スケーリング関係を分析し、観測データと整合性があるか、スケーラビリティをテストした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 主な合体は、観測された光度的性質と一致する反逆的（タイプIII）星族円盤を有するS0型類縁天体を生成できるか？
• RQ2 反逆的S0銀河の光度的スケーリング関係—たとえばR_brkIII対h_i、h_o、およびμ_brkIII—は、合体シミュレーションから自然に出現するか？
• RQ3 S0銀河における反逆的構造と棒状構造は物理的に関連しているのか、それとも独立した構造的特徴なのか？
• RQ4 星族の年齢やダスト減光の不確実性に対する、シミュレーション結果の頑健性はいかがなものか？
• RQ5 実際のS0銀河の光度的平面における観測傾向は、合体駆動形成モデルによって再現可能か？

主な発見

• シミュレートされたS0型類縁天体の約70％が反逆的（タイプIII）星族円盤を示しており、これは主な合体によってこのような特徴が形成される確率が非常に高いことを示している。
• シミュレートされた残骸は、観測されたR_brkIII、h_i、h_o、μ_brkIII間のスケーリング関係を再現しており、h_i ∝ R_brkIII、h_o ∝ R_brkIII、μ_brkIII ∝ R_brkIIIの関係が成り立っている。
• スケールフリーの光度的図において、シミュレーション結果は観測データと重なり合い、反逆的構造の背後にある物理的メカニズムが非常にスケーラブルであることを確認した。
• 若い星族を仮定した場合、折りたたみおよび円盤の特徴的表面輝度は最大で約1 mag arcsec⁻²明るくなるが、折りたたみ半径および時間定数は年齢仮定の変化に対して安定しており（変化量<10％）、変化が小さい。
• ダスト減光効果（A_R ~ 1 mag）は、シミュレーションと実際のS0銀河との間の全等級および表面輝度のオフセットを完全に説明でき、重要なスケーリング関係に影響を与えない。
• 棒状構造と反逆的構造は、分析された光度的平面における相関がないことから、構造的に無関係であることが示された。