[論文レビュー] Secular Evolution in Disk Galaxies: Pseudobulge Growth and the Formation of Spheroidal Galaxies

John Kormendy, David B. Fisher|ArXiv.org|Oct 14, 2008

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 4被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、渦巻銀河の内部的定常的進化によって形成される偽bulge（pseudobulge）が、しばしば古典的bulgeと誤認されていると主張し、頻繁なマージナーが予測される冷たい暗黒物質（CDM）モデルに挑戦する。高分解能分光法と構造的解析を用いて、M101 や NGC6946 のような質量の大きな、bulgeを有さない渦巻銀河が低分散核星集団を有することを示し、偽bulgeの起源を確認するとともに、多くの質量の大きなディスク構造が、特に低密度環境において、主要なマージナーを経ずに進化したことを明らかにする。

ABSTRACT

Updating Kormendy & Kennicutt (2004, ARAA, 42, 603), we review internal secular evolution of galaxy disks. One consequence is the growth of pseudobulges that often are mistaken for true (merger-built) bulges. Many pseudobulges are recognizable as cold, rapidly rotating, disky structures. Bulges have Sersic function brightness profiles with index n > 2; most pseudobulges have n <= 2. Recognition of pseudobulges makes the biggest problem with cold dark matter galaxy formation more acute: How can hierarchical clustering make so many pure disk galaxies with no evidence for merger-built bulges? E. g., the giant Scd galaxies M101 and NGC 6946 have rotation velocities of V ~ 200 km/s but nuclear star clusters with velocity dispersions of 25 to 40 km/s. Within 8 Mpc of us, 11 of 19 galaxies with V > 150 km/s show no evidence for a classical bulge, while only 7 are ellipticals or have classical bulges. It is hard to understand how bulgeless galaxies could form as the quiescent tail of a distribution of merger histories. Our second theme is environmental secular evolution. We confirm that spheroidal galaxies have fundamental plane (FP) correlations that are almost perpendicular to those for bulges and ellipticals. Spheroidals are not dwarf ellipticals. Rather, their structural parameters are similar to those of late-type galaxies. We suggest that spheroidals are defunct late-type galaxies transformed by internal processes such as supernova-driven gas ejection and environmental processes such as secular harassment and ram-pressure stripping. Minus spheroidals, the FP of ellipticals and bulges has small scatter. With respect to these, pseudobulges are larger and less dense.

研究の動機と目的

• 渦巻銀河における古典的bulge（マージナーによって形成）と偽bulge（内部的定常的プロセスによって形成）の区別を明確にすること。
• 質量の大きな、bulgeを有さないディスク銀河がマージナーの痕跡なしに存在することを示すことにより、冷たい暗黒物質（CDM）のパラダイムに挑戦すること。
• 質量の大きな、bulgeを有さない銀河が、主要なマージナーが起こりにくい低密度環境（例：ローカルグループ）に多く見られる理由を解明すること。
• 偽bulgeと球状銀河の構造的および動力学的性質を調査し、それらの形成メカニズムを特定すること。
• 球状銀河が、ガス排出、ハラスメント、およびレムプレッシャーストリッピングなどの内部的および環境的プロセスによって変容した遅いタイプ銀河であるかどうかを評価すること。

提案手法

• M101 や NGC6946、IC342 などの質量の大きな渦巻銀河の核領域における高分解能分光法（機器分解能 ≈ 5–8 km s⁻¹）を用い、星の速度分散を測定する。
• J、H、Kバンドの光度データを用いて、Sérsic指数プロファイル（n）を分析し、古典的bulge（n > 2）と偽bulge（n < 2）を区別する。
• CO回転曲線からのV(r)プロファイルを用いた運動学的データを活用し、中心質量集中度と回転支持の程度を評価する。
• HyperLeda および Tonry et al. (2001) のデータを用いて、8 Mpc以内の19個の銀河を対象に、V_circ > 150 km s⁻¹ の条件で統計的分析を行い、bulgeの分類を実施する。
• 球状銀河、古典的bulge、および楕円銀河の基本平面相関を比較し、形成物理学上の差異を推察する。
• ディスク銀河における角運動量再配分を引き起こすバーベースおよびスパイラル構造ベースの定常的進化モデルを適用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 V_circ ≈ 200 km s⁻¹ のような質量の大きな渦巻銀河（例：M101、NGC6946）が、高い質量にもかかわらず古典的bulgeを欠いているのはなぜか？
• RQ2 構造的パラメータ、運動学的性質、形成メカニズムの観点から、偽bulgeと古典的bulgeの違いは何か？
• RQ3 なぜローカルグループのような低密度環境では、マージナーが起こりにくいにもかかわらず、bulgeを有さない銀河が、バーミンガ・クラスタのような高密度クラスターよりも一般的なのか？
• RQ4 球状銀河と矮小楕円銀河の構造的パラメータはどのように異なり、遅いタイプのディスクが球状銀河にどのように変容するのか？
• RQ5 内部的定常的進化およびレムプレッシャーストリッピングやハラスメントなどの環境的プロセスが、球状銀河の形成をどの程度説明できるのか？

主な発見

• 8 Mpc圏内、V_circ > 150 km s⁻¹ の19個の質量の大きな銀河のうち、11個は古典的bulgeの証拠を示さず、これはbulgeを有さないディスク構造がまれではなく、一般的であることを示唆する。
• M101、NGC6946、IC342 はいずれも核速度分散が25–38 km s⁻¹ であり、それらの円運動速度（約210 km s⁻¹）に比べて顕著に低いことから、偽bulgeの状態が確認された。
• 大多数の偽bulgeではSérsic指数n < 2 であり、古典的bulge（n > 2）とは対照的であり、ディスク的で急速に回転する形状は内部的定常的起源を支持する。
• 球状銀河は矮小楕円銀河ではない。構造的パラメータが遅いタイプ銀河に類似しており、内部的および環境的プロセスによって変容した「機能停止した遅いタイプ銀河」である可能性が高い。
• 球状銀河の基本平面相関は、古典的bulgeおよび楕円銀河とはほぼ垂直であり、形成物理学上の差異を示唆する。
• 偽bulgeは、核星集団のように収縮するのではなく、ふわふわとして密度が低下する方向に劣化することで、古典的核とは明確に異なる起源を持つことが示された。