[論文レビュー] Fossil groups origins II. Unveiling the formation of the brightest group galaxies through their scaling relations

J. Méndez‐Abreu, J. A. L. Aguerri+12 more|arXiv (Cornell University)|Oct 3, 2011

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 87被引用数 28

ひとこと要約

本研究は、ウィリアム・ハーシェル望遠鏡および他の観測所を用いて取得したKsバンド画像とSérsicプロファイルフィッティングを用い、化石団内の20個の最も明るい団銀河（BGGs）の近赤外構造的性質を分析した。その結果、BGGsは基本平面に従うが、予想されるよりも有効半径が大きく、速度分散が低いという標準的スケーリング関係からの逸脱を示しており、これは初期の断熱的でない合体に続く、後に干渉的（湿った）合体が支配的形成メカニズムであることを示唆している。

ABSTRACT

(Abridged) Fossil systems are galaxy associations dominated by a relatively isolated, bright elliptical galaxy, surrounded by a group of smaller galaxies lacking L* objects. We analyzed the near-infrared photometric and structural properties of a sample of 20 BGGs present in FGs in order to better understand their formation mechanisms. Their surface-brightness distribution was fitted to a Sersic profile using the GASP2D algorithm. Then, the standard scaling relations were derived for the first time for these galaxies and compared with those of normal ellipticals and brightest cluster galaxies in non-fossil systems. The BGGs presented in this study represent a subset of the most massive galaxies in the Universe. We found that their ellipticity profiles are continuously increasing with the galactocentric radius. Our fossil BCGs follow closely the fundamental plane described by normal ellipticals. However, they depart from both the log σ_0 vs. log L_{K_{s}} and log r_{ m e} vs. log L_{K_{s}} relations described by intermediate mass ellipticals. This occurs in the sense that our BGGs have larger effective radii and smaller velocity dispersions than those predicted by these relations. We also found that more elliptical galaxies systematically deviate from the previous relations while more rounder object do not. No similar correlation was found with the Sersic index. The derived scaling relations can be interpreted in terms of the formation scenario of the BGGs. Because our BGGs follow the fundamental plane tilt but they have larger effective radii than expected for intermediate mass ellipticals, we suggest that they only went through dissipational mergers in a early stage of their evolution and then assembled the bulk of their mass through subsequent dry mergers, contrary to previous claims that BGGs in FGs were formed mainly by the merging of gas-rich galaxies.

研究の動機と目的

• 化石団内の最も明るい団銀河（BGGs）の形成メカニズムを、その構造的・光度的性質を通じて理解すること。
• 化石系におけるBGGsが主に断熱的（湿った）または断熱的でない（乾燥した）合体によって形成されたかどうかを調査すること。
• 標準的スケーリング関係（例：基本平面、Faber-Jackson、Kormendy）が、化石環境における巨大BGGsに適用可能かどうかを検証すること。
• 銀河の楕円度が合体タイプおよびスケーリング関係からの逸脱と相関しているかどうかを特定すること。
• 観測されたBGGsの構造的性質が、初期段階と後期段階の両方の合体を含む階層的アセンブリモデルと整合しているかどうかを評価すること。

提案手法

• ウィリアム・ハーシェル望遠鏡および他の観測所を用いて、化石団内の20個のBGGsの深さのあるKsバンド画像を取得した。
• 表面輝度分布にSérsicプロファイルをフィットするために、GASP2Dアルゴリズムを適用した。
• 有効半径（re）、中心速度分散（σ0）、Sérsic指数（n）を含む構造的パラメータを導出した。
• 通常の楕円銀河および非化石系におけるBCGsからのデータを用いて、基本平面（FP）、Faber-Jackson（FJ）、Kormendy（KR）関係を構築し、比較した。
• 合体タイプ依存性を調査するために、高楕円度（ε > 0.3）および低楕円度（ε ≤ 0.3）のグループにBGGsを分類した。
• 楕円度、位置角、重心の半径方向プロファイルを分析し、構造的複雑性および合体歴を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 化石団内のBGGsの構造的性質は、通常の楕円銀河およびBCGsで観測される標準的スケーリング関係に従うか？
• RQ2 BGGsにおけるFaber-JacksonおよびKormendy関係の観測された逸脱は、その形成歴をどのように示唆するか？
• RQ3 楕円度とスケーリング関係からの逸脱との相関関係は、異なる合体タイプを示唆するか？
• RQ4 観測された構造的プロファイル（例：半径とともに増加する楕円度）は、非対称的または方向性のある合体を含む特定の形成シナリオを支持するか？
• RQ5 基本平面の整合性とスケーリング関係の非線形性を、初期の断熱的合体とその後の乾燥した合体を含む二段階形成モデルで説明できるか？

主な発見

• 本サンプルのBGGsは、宇宙で最も巨大な銀河の一つであり、初期型銀河系と整合する構造的パラメータを持つ。
• 大多数のBGGsの楕円度プロファイルは、銀河中心からの距離が増すにつれて増加しており、単純な回転対称性とは異なる、複雑でおそらく非対称的な合体歴を示唆している。
• BGGsは通常の楕円銀河の基本平面に従っており、中心領域が緩和されており、典型的な楕円銀河と同様に動的平衡にあることを示している。
• BGGsは中質量楕円銀河のFaber-JacksonおよびKormendy関係から系統的に逸脱しており、予測値よりも有効半径が大きく、速度分散が小さい。
• 楕円度が高いBGGs（ε > 0.3）は、中質量スケーリング関係からの逸脱が顕著であり、丸みを帯びた銀河（ε ≤ 0.3）は関係に近い位置に位置しているため、形態と合体タイプとの関連を支持する。
• 観測されたスケーリング関係の挙動は、初期の断熱的合体に続く後続の乾燥した合体を含む二段階形成シナリオによって最もよく説明できる。この過程では、銀河のサイズが著しく増大するが、中心速度分散はほとんど変化しない。