[論文レビュー] Stellar dynamics observations of a double nucleus in M 83

N. Thatte, Matthias Tecza+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 25, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、VLT ISAAC機器を用いた近赤外分光法を用いて、渦巻銀河M 83において、二重核の直接的証拠を初めて報告する。観測により、2.7秒弧度の間隔で分離された2つのドレープ速度分散ピークが確認され、それぞれが5.4 pcの範囲内で1.3 × 10⁷ M☉の動的質量を示しており、これは大質量星団または超大質量の暗黒物体を示唆する。二次的ピークは、銀河の動的中心で10マグニチュード以上の減光に覆われている可能性が高い。

ABSTRACT

We report on the discovery of a double nucleus in M 83, based on measurements of the line of sight velocity distribution of stars observed at near infrared wavelengths with the VLT ISAAC spectrograph. We observe two peaks separated by 2.7" in the velocity dispersion profile of light from late-type stars measured along a slit 0.6" wide, centered on the peak of K band emission and with P.A. 51.7 degrees. The first peak coincides with the peak of the K band light distribution, widely assumed to be the galaxy nucleus. The second peak, of almost equal strength, almost coincides with the center of symmetry of the outer isophotes of the galaxy. The secondary peak location has little K band emission, and appears to be significantly extincted, even at near infrared wavelengths. It also lies along a mid-infrared bar, previously identified by Gallais et al. (1991) and shows strong hydrogen recombination emission at 1.875 microns. If we interpret the observed stellar velocity dispersion as coming from a virialized system, the two nuclei would each contain an enclosed mass of 13.2 x 10^6 M_sun within a radius of 5.4pc. These could either be massive star clusters, or supermassive dark objects.

研究の動機と目的

• 高分解能近赤外分光法を用いて、M 83の核領域における星の運動学を調査すること。
• 観測された速度分散の二重ピークが、二重核系であるか、複雑な運動学的構造を持つ単一核であるかを特定すること。
• 星の運動学とジェイン方程式モデリングを用いて、各核の周囲5.4 pc内での封じ込め質量を推定すること。
• 二次核の性質を評価すること、特にその遮蔽された明るさと、銀河の動的中心としての可能性を検討すること。
• M 83における二重核、中赤外発光、およびばり構造との関連を調査すること。

提案手法

• M 83の主軸および小軸をカバーする近赤外波長（2.238–2.361 µm）で、VLT ISAAC機器を用いた中分解能長スリット分光法を実施した。
• K1IIIからM5IIIの巨星テンプレートを用いて、観測スペクトルと照合し、2.29 µmより長い深さのCOバンドヘッド特徴から、星の速度分散プロファイルを導出した。
• 仮定する準平衡状態の下で、ジェイン方程式を適用して5.4 pc内での封じ込められた動的質量を推定した。
• NTTのSOFIからの画像データを用いて、Kバンドの光度ピークおよび外側等光線の対称中心を特定した。
• 中赤外およびHα発光が強く観測されたにもかかわらず、二次核位置でのKバンド発光が欠落していることから、減光の推定値を得た。
• 外側等光線の対称中心および中赤外バリア構造と照合することで、動的中心を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M 83の核領域における速度分散プロファイルは、二重核の証拠を示しているか？
• RQ2 各速度分散ピークの周囲5.4 pc内での封じ込められた動的質量は何か？
• RQ3 二次核は、顕著な質量濃度を持つにもかかわらず、なぜKバンドで極めて暗いのか？
• RQ4 二次核は、等光線の対称性およびバリア構造から示される真の動的中心にあると見なせるか？
• RQ5 二次核に関連する中赤外およびHα発光の性質は何か？

主な発見

• 2.7秒弧度の間隔で分離された2つの明確な速度分散ピークが検出され、主ピークはKバンドの光度ピークと一致しており、二次ピークは西南方向に2.7秒弧度の位置に位置している。
• 各核は、準平衡状態を仮定したジェイン方程式を用いて、5.4 pcの半径内に1.3 × 10⁷ M☉の動的質量を有していることが示された。
• 主核は、2500万～6000万年前のインスタントラス星形成バーストに起因する2.5 × 10⁶ M☉の星の集団を有している。
• 二次核は、中赤外および1.875 µmでのHα再結合発光が強く観測されたにもかかわらず、Kバンド発光が欠落していることから、10マグニチュード以上の減光に覆われていることが示された。
• 二次核は、外側等光線の対称中心および中赤外バリアと正確に一致しており、これは銀河の真の動的中心であることを示している。
• この系は、ばり駆動によるガスの流入によって駆動されており、バリアに沿って星形成が引き起こされており、観測された中赤外およびHα発光と整合的である。