[論文レビュー] Some statistical properties of spiral galaxies

Jingzhe Ma, JL Zhao+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 25, 2000

Advanced Statistical Methods and Models参考文献 5被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、72個の北半球の渦巻銀河を対象に対数螺旋のフィッティングを用いて傾き角およびディスクの厚さパラメータを導出し、ハッブル型、ディスクのスケール高さ対半径比（$H_z/H_r$）、および銀河の色の強い相関を明らかにした。この手法により、アーロンソンら（1980年）の結果と整合する傾き角が得られ、初期型の渦巻銀河は厚く、$H_z/H_r$が小さく、後期型よりもピッチ角が大きいことが判明した。平均ピッチ角は15.5°以下であり、これはSa–Sc型に対してWKB近似の有効性を支持するものである。

ABSTRACT

This paper presents some statistical correlations of 72 northern spiral galaxies. The results show that early-type spirals that are brighter, and thicker, and the axis ratios ($H_{z}/H_r$) of the disk tend to be smaller along the Hubble sequence. We also find that $H_{z}/H_r$ correlates strongly with the galaxy's color, and early-type spirals have larger values of $H_{z}/H_r$. The inclinations obtained by fitting the pattern of a spiral structure with a logarithmic spiral form are nearly the same as those obtained by using the formulas of Aaronson et al. (1980). Finally, the mean measured pitch angles for the different Hubble sequences in the Third Catalogue of Bright Galaxies by de Vaucouleurs et al. (1991) are derived.

研究の動機と目的

• ハッブル系列にわたる渦巻銀河の構造的パラメータ、特にディスクの厚さとピッチ角の統計的関係を理解すること。
• 特にボーリング型銀河において、バルジの寄与により従来の手法が失敗するため、銀河の傾き角を正確に特定する課題に対処すること。
• 渦巻き腕の対数螺旋フィッティングを用いて、傾き角およびディスクのスケール高さを測定する手法を開発・検証すること。
• ダストの影響を最小限に抑えるために、Kバンド画像を用いたディスクの厚さ測定の信頼性を評価すること。
• 導出されたピッチ角に基づいて、WKB近似が渦巻銀河力学に適用可能かどうかを再評価すること。

提案手法

• 観測された渦巻き腕のパターンを、画像の可視性を最適化し、観測者のバイアスを最小限に抑えるためにIRAFのDISPLAYプログラムを用いて対数螺旋にフィットさせる。
• 対数螺旋の式 $r = r_0 e^{\theta \cot \mu}$ を適用し、最良のピッチ角および方位を決定する。ここで $\mu$ はピッチ角を表す。
• 得られたピッチ角および傾き角を用いて、ディスクのスケール高さ対半径比 $H_z/H_r = 2h_z / (2h_r)$ を計算する。ここで $h_r$ および $h_z$ はそれぞれ径方向および垂直方向のスケール長を表す。
• 螺旋フィッティングから得た傾き角を、アーロンソンら（1980年）の式 $\gamma = \arccos\sqrt{1.042(d/D)^2 - 0.042} + 3^\circ$ に基づく値と照合して妥当性を検証する。
• M51のKバンド（2.2 μm）画像を用いて、ディスクの平坦さ（$H_z/D_0$）を再評価し、光学的測定値と比較してダストの汚染効果を評価する。
• ペング（1988年）の手法を応用し、腕が $r_0$ で終了すると仮定して $\rho_0$ および $r_0$ を導出し、Kバンドデータを用いてその妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 渦巻銀河のハッブル系列に沿って、ディスクの厚さ対スケール長比（$H_z/H_r$）はどのように変化するか？
• RQ2 $H_z/H_r$ と銀河の色の相関関係は何か？ また、ハッブル型に応じてその相関はどのように変化するか？
• RQ3 渦巻き腕の対数螺旋フィッティングから得た傾き角は、アーロンソンら（1980年）の式から得た値と整合的か？
• RQ4 第3版明るい銀河画集（RC3）における異なるハッブル型の平均ピッチ角は何か？ また、それらはWKB近似の条件を満たしているか？
• RQ5 光学画像と比較して、Kバンド画像を用いることでディスクの厚さおよび渦巻き腕のパラメータ推定の信頼性が向上するか？

主な発見

• 初期型の渦巻銀河（Sa–Sb）は、平均的に後期型よりも明るく、厚みが強い。$H_z/H_r$ の比は小さい。
• 数例の外れ値を除き、初期型の渦巻銀河は $H_z/H_r$ の値が大きく、径方向の広がりに比して垂直方向のディスク成分が強いことを示している。
• $H_z/H_r$ と銀河の色の間に強い相関が存在し、赤い（年老いた星形成群）銀河では $H_z/H_r$ の値が高くなる。
• 対数螺旋フィッティングから得た傾き角は、アーロンソンら（1980年）の式から得た値とほとんど同一である。
• Sa–Sc型銀河の平均ピッチ角は15.5°以下であり、これは $\cot \mu \geq 3.6$ を意味し、WKB近似の条件をわずかに満たしている。
• 初期型から後期型にかけて、平均ピッチ角は上昇する傾向にあり、散らばりはあるものの、後期型ではより開いた渦巻き構造を示す傾向がある。