[論文レビュー] Galaxy Bulges and Elliptical Galaxies - Lecture Notes

Dimitri A. Gadotti|arXiv (Cornell University)|Aug 10, 2012

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、銀河のバルジと楕円銀河との関連について包括的なレビューを提供し、形状的・運動的・動力学的基準を通じて、古典的バルジとディスク型バルジの物理的差異を明確にしている。ボックス型／ピーナツ構造は内側のバーであると主張し、物理的に二つの異なるバルジの家族が存在することを示し、高質量の古典的バルジは単に縮小された楕円銀河ではなく、銀河形成理論における長年の仮定に疑問を呈している。

ABSTRACT

Our knowledge on the central components of disk galaxies has grown substantially in the past few decades, particularly so in the last. This frantic activity and the complexity of the subject promote confusion in the community. In these notes, I discuss the concept of galactic bulge and its different flavors. I also address fundamental scaling relations and the bulge-elliptical galaxy connection, their central black holes and formation models. In particular, I aim at conveying three important notions: (i): box/peanuts are just the inner parts of bars; (ii): the physical reality of two different families of bulges is evident; and (iii): at the high mass end, at least, classical bulges are not just scaled down ellipticals surrounded by disks.

研究の動機と目的

• 銀河バルジの定義および物理的性質について、長年の文献における混乱を解消すること。
• 特に高質量領域において、古典的バルジと楕円銀河の区別を明確にすること。
• ボックス／ピーナツ構造が独立した構成要素ではなく、バーの内側部分であることを確立すること。
• 古典的バルジとディスク型バルジという二つの物理的に異なるバルジの家族が、異なる形成歴を有することを示すこと。
• 特に高質量系において古典的バルジが単に縮小された楕円銀河であるという仮定に反論すること。

提案手法

• 等高線の等パラメータ解析を用いて構造的成分を同定し、形状および方位の違いに基づいてバルジとディスクを区別する。
• 縁側または高傾斜な銀河における幾何的解析を用い、垂直方向に延長された成分を潜在的なバルジとして検出する。
• Sérsicプロファイルを用いた光度的分解を実施し、有効半径（re）およびSérsic指数（n）を含め、バルジおよびディスク成分を定量的に評価する。
• 速度分散および回転曲線などの運動的・動力学的データを統合し、形成メカニズムを推定する。
• 宇宙論的流体力学的シミュレーション（例：Brook et al. 2012）および半アナリティカルモデルの結果をレビュー・統合し、形成経路を検証する。
• 観測によるスケーリング関係（例：バルジ対全光度比、有効半径）を、合体およびバー駆動形成シナリオからの理論的予測と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 物理的に銀河バルジはどのように定義され、バーまたはディスクなどの他の構成要素とどのように区別できるか？
• RQ2 古典的バルジは単に縮小された楕円銀河であるのか、それとも形成歴および構造的性質において異なるのか？
• RQ3 ボックス／ピーナツ構造の物理的起源は何か、そしてバー進化とどのように関係しているか？
• RQ4 合体、バー不安定性、クラスターの合体といった異なる形成メカニズムが、ディスク型バルジおよび古典的バルジの観測された性質をどのように生み出すのか？
• RQ5 なぜシミュレーションではしばしばディスク銀河のバルジ対全質量比を過大評価するのか、現在のモデルに欠落しているプロセスは何か？

主な発見

• ボックス／ピーナツ構造は独立した構成要素ではなく、バーの内側で垂直方向に厚く膨らんだ部分を表しており、運動的および形状的解析によって裏付けられている。
• 古典的バルジとディスク型バルジという二つの物理的に異なるバルジの家族が、異なる物理的性質、形成歴、構造的パラメータを示しており、別々の進化経路をたどっていることが示唆されている。
• 高質量の古典的バルジは単に縮小された楕円銀河ではなく、運動論的性質、星の集団、およびダークマター含量において異なるため、異なる形成メカニズムを要する。
• バー駆動形成は、Sérsic指数 ≈1 およびバルジ対全光度比約0.21 のディスク型バルジを生成できるが、古典的バルジを形成するには追加のプロセスが必要である。
• マイナー合体は、低Sérsic指数および中程度のバルジ対全光度比（約0.1–0.2）のバルジを生成できるが、シミュレーションではしばしば質量変換を過大評価しており、現在のモデルに欠落している物理的プロセスが存在することが示唆される。
• 高赤方偏移銀河のディスクにおけるクラスター合体は、明確なダークマター成分を伴わないが古典的バルジに類似した性質のバルジを形成できるため、合体駆動形成の代替メカニズムを提供する。