[論文レビュー] Scalings between Physical and their Observationally related Quantities of Merger Remnants

H. Aceves, Héctor Velázquez|Redalyc (Universidad Autónoma del Estado de México)|Sep 7, 2005

Diverse Scientific and Engineering Research参考文献 4被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、非散乱N体シミュレーションによる渦巻き銀河合体の物理量と観測可能な量の間のスケーリング関係を調査する。スケーリング指数 α ≈ 1.51–2.35、β ≈ 0.13–0.27、γ ≈ 0.69–0.76 であり、適合手法やプロファイルの種類に依存するが、合体残骸は緩和系に期待される構造的および運動論的同型性を破っていることが示された。

ABSTRACT

We present scaling relations between the virial velocity (V) and the one-dimensional central velocity dispersion (Sig0); the gravitational radius (Rv) and the effective radius (Re); and the total mass (M) and the luminous mass (ML) found in N-body simulations of binary mergers of spiral galaxies. These scalings are of the form V^2 ~ Sig0^alpha, Rv ~ Re^beta and M ~ ML^gamma. The particlar values obtained for (alpha,beta,gamma) depend on the method of fitting used [ordinary least-squares (ols) or orthogonal distance regression (odr)], the assumed profile [de Vaucouleurs (deV) or Sersic (S)], and the size of the radial interval where the fit is done. The alpha and gamma indexes turn out more sensitive to the fitting procedure, obtaining for the ols a mean alpha_ols=1.51 and gamma_ols=0.69, while for the odr alpha_odr=2.35 and gamma_odr=0.76. The beta index depends more on the adopted type of profile, with beta_deV=0.13 and beta_S=0.27. We conclude that dissipationless formed remnants of mergers have a strong breaking of structural and kinematical homology.

研究の動機と目的

• 合体残骸における物理量（バーリア速度、重力半径、全質量）とその観測的同等物（中心速度分散、効果的半径、光度質量）の間のスケーリング関係を特定すること。
• 適合手法（OLS 対 ODR）および仮定される光度プロファイル（de Vaucouleurs 対 Sérsic）が導かれるスケーリング指数に与える影響を評価すること。
• 非散乱過程による合体で形成された残骸が、構造的および運動論的同型性を満たすかどうかを調査すること。
• シミュレートされた残骸における非同型の程度を定量化し、楕円銀河における動的質量推定に与える影響を明らかにすること。

提案手法

• ガスの散逸なしにエネルギーと運動量保存を考慮したN体法を用いて、渦巻き銀河の二重合体をシミュレートする。
• 物理量（バーリア速度 $V$、重力半径 $R_{\rm v}$、全質量 $M$）と観測的代理変数（中心速度分散 $\sigma_0$、効果的半径 $R_{\rm e}$、光度質量 $M_{\rm L}$）を計算する。
• 二つの適合手法（通常最小二乗法（OLS）と直交距離回帰（ODR））を用い、$V^2 \propto \sigma_0^\alpha$、$R_{\rm v} \propto R_{\rm e}^\beta$、$M \propto M_{\rm L}^\gamma$ のスケーリング指数 $\alpha$、$\beta$、$\gamma$ を決定する。
• 適合の半径区間および仮定される光度プロファイル（de Vaucouleurs または Sérsic）に依存する指数の感度をテストする。
• ODR を用いて、両変数に誤差がある場合、特に従属変数・独立変数の区別が明確でない場合に、直線への垂直距離を最小化する。
• 散乱行列の固有値分解を用いてODRにおける最適な直線を決定し、両変数に不確実性がある場合の適合の堅牢性を確保する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 合体残骸における物理量と観測量の間のスケーリング関係は、適合手法（OLS 対 ODR）にどのように依存するか。
• RQ2 スケーリング指数 $\alpha$、$\beta$、$\gamma$ は、仮定される光度プロファイル（de Vaucouleurs 対 Sérsic）にどの程度依存するか。
• RQ3 スケーリング指数は、適合に使用する半径区間にどれほど敏感か。
• RQ4 非散乱合体残骸は、標準的なスケーリング関係（例えば基本平面）が示唆するように、構造的および運動論的同型性を示すか。
• RQ5 合体残骸における非同型性の影響は、楕円銀河における動的質量推定にどのような意味を持つか。

主な発見

• スケーリング指数 $\alpha$（$V^2 \propto \sigma_0^\alpha$）は適合手法に強く依存し、$\langle\alpha\rangle_{\rm ols} = 1.51$、$\langle\alpha\rangle_{\rm odr} = 2.35$ であるため、同型性からの強い逸脱が示された。
• スケーリング指数 $\gamma$（$M \propto M_{\rm L}^\gamma$）も適合手法に依存し、$\langle\gamma\rangle_{\rm ols} = 0.69$、$\langle\gamma\rangle_{\rm odr} = 0.76$ であり、非線形的で劣一次のスケーリングが示された。
• スケーリング指数 $\beta$（$R_{\rm v} \propto R_{\rm e}^\beta$）は、仮定される光度プロファイルに最も敏感で、$\langle\beta\rangle_{\rm deV} = 0.13$、$\langle\beta\rangle_{\rm S} = 0.27$ であり、効果的半径に弱い依存性があることを示した。
• これらの結果は、非散乱合体残骸における構造的および運動論的同型性の強い破れを示しており、標準的なスケーリング関係が同型性を仮定していることに反する。
• 適合手法およびプロファイル選択が導かれるスケーリング指数に顕著に影響することを確認し、天文学的スケーリング関係においてOLSを無批判に用いることの危険性を警告した。
• これらの発見は、同型性を仮定する標準的な動的質量推定器（例：$M_{\rm dyn} \propto \sigma_0^2 R_{\rm e}$）が、合体によって形成された楕円銀河では系的にバイアスがかかる可能性があることを示唆している。