[論文レビュー] Galactic bulges from Hubble Space Telescope NICMOS observations: the lack of r^{1/4} bulges

M. Balcells, Alister W. Graham+2 more|ArXiv.org|Dec 7, 2002

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 99

ひとこと要約

Hubble Space TelescopeのNICMOSを用いた近赤外画像を用いて、本研究ではS0–Sbc銀河に対して高分解能のバルジ・ディスク分解を実施し、バルジが古典的な $ r^{1/4} $ ロウに従わないことを明らかにした。代わりに、Sérsicプロファイルのフィットにより中央値として $ n = 1.7 \pm 0.7 $ のSérsic指数が得られ、これは大部分のバルジが合体による激しい緩和を経て形成されたものとは一致しない指数的分布を示しており、バルジ形成の従来の見解（主に合体による形成）に疑問を呈する。

ABSTRACT

We use HST near-infrared imaging to explore the shapes of the surface brightness profiles of bulges of S0-Sbc galaxies at high resolution. Modeling extends to the outer bulge via bulge-disk decompositions of combined HST - ground based profiles. Compact, central unresolved components similar to those reported by others are found in ~84% of the sample. We also detect a moderate frequency (~34%) of nuclear components with exponential profiles which may be disks or bars. Adopting the Sérsic r^{1/n} functional form for the bulge, none of the bulges have an r^{1/4} behaviour; derived Sérsic shape-indices are = 1.7 \pm 0.7. For the same sample, fits to NIR ground-based profiles yield Sérsic indices up to n = 4-6. The high-$n$ of ground-based profiles are a result of nuclear point sources blending with the bulge extended light due to seeing. The low Sérsic indices are not expected from merger violent relaxation, and argue against significant merger growth for most bulges.

研究の動機と目的

• S0–Sbc銀河のバルジが、合体によって形成された球状構造と関連づけられる古典的な $ r^{1/4} $ 表面輝度プロファイルに従うかどうかを特定すること。
• 未解像化された核成分（例：点光源、ディスク、バー）が、バルジ・ディスク分解におけるSérsicプロファイルフィッティングに与える影響を評価すること。
• 地上望遠鏡の $ K $ バンドプロファイル（大気の見かけのぼやみや混合の影響を受ける）と比較して、高分解能HST/NICMOSから得られたSérsic指数を評価すること。
• 低Sérsic指数がバルジ形成モデルに与える含意、特に合体と定常的進化の役割を評価すること。

提案手法

• Hubble Space TelescopeのNICMOS機器を用いて、19個のS0–Sbc銀河の高分解能近赤外（F160W）画像を取得した。
• HSTデータ（内側領域）と地上観測の $ K $ バンドデータ（外側領域）を組み合わせた合成表面輝度プロファイルを用いてバルジ・ディスク分解を実施した。
• Sérsic $ r^{1/n} $ 関数を用いてバルジプロファイルをフィットし、Sérsic指数 $ n $ を測定した。中央部の未解像化成分のモデリングに特に注意を払った。
• galphotパッケージを用いて、0.075″から約10″の範囲で楕円的平均表面輝度プロファイルと等光度線形状を導出し、楕円度と位置角の変動を許容した。
• HSTデータからのSérsic指数と地上観測プロファイルからのものを比較し、大気の見かけのぼやみや核の光の混合が及える影響を分離した。
• テストフィットにおいて内側プロファイル領域を除外することで、$ n $ が中央部成分にどれほど敏感であるかを評価し、高分解能結果の妥当性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 S0–Sbc銀河のバルジは、銀河形成モデルで伝統的に仮定されているように $ r^{1/4} $ 表面輝度プロファイルに従うのか？
• RQ2 未解像化された核成分（例：点光源、ディスク、バー）が、地上観測におけるSérsic指数の測定にどれほどバイアスを及えるのか？
• RQ3 高分解能HST/NICMOSデータから得られたSérsic指数は、大気の見かけのぼやみや混合の影響を受ける地上の $ K $ バンドプロファイルと比べてどのように異なるのか？
• RQ4 低Sérsic指数は、バルジ形成メカニズム（合体 vs. 定常的進化）にどのような含意をもたらすのか？
• RQ5 高分解能と低分解能のSérsic指数の観察された乖離は、大気の見かけのぼやみと核の光がバルジ光と混合することによって説明可能か？

主な発見

• サンプルに含まれる19個のS0–Sbcバルジのいずれに対しても $ r^{1/4} $ 表面輝度プロファイルに従わない。すべてのバルジが $ n < 4 $ を示し、平均は $ n = 1.7 \pm 0.7 $ であった。
• 地上の $ K $ バンドプロファイルは、大気の見かけのぼやみのため、未解像化された核の点光源が拡張したバルジ光と混合され、Sérsic指数が高めに評価される（最大 $ n = 4-6 $ まで）。
• HSTデータからの低Sérsic指数は、通常 $ n \approx 4 $ を示す合体シミュレーションにおける激しい緩和の予測と一致しない。
• 核成分（未解像化点光源やコンパクトディスクなど）はバルジ光度の $ \sim 10^{-2.8} $ （$ L_{K,PS}/L_{K,Bul} \approx 0.0016 $）を占めており、未モデル化の場合は全体のバルジパラメータに顕著な影響を与える。
• 中〜早期型バルジのSérsic指数の観測分布（$ 0.5 \lesssim n \lesssim 3.0 $）は、主に合体による成長よりも定常的進化やディスク不安定性によってよりよく説明される。
• 宇宙論的シミュレーションもこの結論を支持しており、定常的進化によって形成されたバルジでは $ n \approx 1 $、合体によって形成された系では $ n \approx 4 $ となることが示されており、観測された低 $ n $ 値と整合的である。