[論文レビュー] Gravo-thermal properties and formation of elliptical galaxies

I. Márquez, G. B. Lima Neto+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 25, 1999

Advanced Thermodynamics and Statistical Mechanics参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、Sersic法を用いて実宇宙およびシミュレートされた銀河の光分布をモデル化することで、楕円銀河の重力熱的性質を調査している。両方の銀河でほぼ一定の比エントロピーが見られ、パrameter空間に薄い平面を形成する——これをエントロピー平面（Entropic Plane）と呼ぶ——これは普遍的な熱力学的状態を示し、階層的合体が銀河形成の主要メカニズムであることを支持する。

ABSTRACT

We have analyzed a sample of galaxies belonging to three clusters: Coma, Abell 85, and Abell 496 (real galaxies) and a sample of simulated elliptical galaxies formed in a hierarchical merging scheme (virtual galaxies). We use the Sersic law to describe their light profile. The specific entropy (Boltzmann-Gibbs definition) is then calculated supposing that the galaxies behave as spherical, isotropic, one-component systems. We find that, to a good approximation (about 10%), both real and virtual galaxies have an almost unique specific entropy. Within this approximation the galaxies are distributed in a thin plane in the space defined by the three Sersic law parameters, which we call the Entropic Plane. A further analysis shows that both real and virtual galaxies are in fact located on a thin line, therefore indicating the existence of another - and yet unknown - physical property, besides the uniqueness of the specific entropy. A more careful examination of the virtual galaxies sample indicates a very small increase of their specific entropy with merging generation. In a hierarchical scenario, this implies a correlation between the specific entropy and the total mass, which is indeed seen in our data. The scatter and tilt of the Entropic Line, defined by Lima Neto et al. (1999a), are reduced when this correlation is taken into account. Although one cannot distinguish between various generations for real galaxies, the distribution of their specific entropy is similar to that in the virtual sample, suggesting that hierarchical merging processes could be an important mechanism in the building of elliptical galaxies.

研究の動機と目的

• 比エントロピーのボルツマン＝ギブズ定義を用いて、楕円銀河の重力熱的挙動を検討すること。
• 階層的合体によって形成されたシミュレートされた楕円銀河と、銀河団（コマ、アベル85、アベル496）からの実銀河を比較すること。
• 実銀河と仮想銀河がSersicパラメータで定義される共通の熱力学的平面にあるかどうかを検証すること。
• シミュレートされた銀河における比エントロピー、全質量、合体世代との相関を調査すること。
• 階層的合体が楕円銀河における観測されたエントロピー分布をどのように決定づけるかを評価すること。

提案手法

• 有効半径、Sersic指数、表面輝度の3パラメータを用いてSersic法で銀河の光分布をモデル化すること。
• 球対称で等方的、1成分系を仮定したもとで、ボルツマン＝ギブズ定義による比エントロピーを計算すること。
• Sersicパラメータで定義される3次元パラメータ空間に銀河をマッピングし、エントロピーと関連する幾何的構造（例：エントロピー平面）を同定すること。
• 階層的合体スキームから得たシミュレートされた楕円銀河のエントロピー変化を、合体世代にわたって追跡すること。
• 統計的分析を用いてエントロピー直線の散らばり具合と傾きを定量化し、質量-エントロピー相関を補正すること。
• 実銀河と仮想銀河のエントロピー分布を比較し、形成メカニズムを推測すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 実銀河とシミュレートされた楕円銀河は、共通の比エントロピー値を示すか。これは普遍的な熱力学的状態を示唆するか。
• RQ2 Sersicパラメータによって定義される幾何的構造（例：平面や直線）が、実銀河と仮想銀河の両方でエントロピーと相関しているか。
• RQ3 シミュレートされた銀河の比エントロピーは合体世代とともに系atically増加するか。これは全質量との相関を示唆するか。
• RQ4 質量-エントロピー相関を補正することで、観測されたエントロピー直線の散らばり具合と傾きはどのように変化するか。
• RQ5 実楕円銀河における観測されたエントロピー分布は、階層的合体プロセスによって説明可能か。

主な発見

• 実銀河と仮想銀河の両方で、比エントロピーがほぼ一定であり、10%程度のずれを示す。これは普遍的な熱力学的状態を示している。
• 実銀河と仮想銀河はSersicパラメータ空間に薄い平面に分布しており、これをエントロピー平面（Entropic Plane）と呼ぶ。これは根本的な物理的制約を示唆する。
• さらなる分析により、実銀河と仮想銀河がエントロピー平面内に薄い直線上に分布していることが判明。これはエントロピーを超える未知の物理的性質が存在することを示唆する。
• シミュレートされた銀河では、合体世代に伴い比エントロピーが非常にわずかに増加しており、これは階層的モデルにおけるエントロピーと全質量の弱い相関を示唆する。
• 質量-エントロピー相関を組み込むことで、エントロピー直線の散らばり具合と傾きが改善され、観測結果とより整合性が高まる。
• 実銀河と仮想銀河のエントロピー分布の類似性は、階層的合体が楕円銀河形成の妥当なメカニズムであることを支持する。