[論文レビュー] The black hole mass-bulge mass correlation: bulges versus pseudo-bulges

Jian Hu|ArXiv.org|Aug 14, 2009

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 10

ひとこと要約

本研究は、動的ブラックホール質量測定を実施した57個の銀河に対して2次元画像解析（BUDDA）を用いて、古典的バルジと擬似バルジを区別し、ブラックホール質量–バルジ質量相関を調査する。その結果、古典的バルジおよび楕円銀河はきわめてタイトな $ M_{\text{bh}} \simeq 0.006 M_{\text{s}} $ または $ 0.003 M_{\text{d}} $ の関係に従う一方、擬似バルジはそれらの古典的バルジに比べてブラックホール質量が10倍も小さいことが判明し、これにより異なる共進化歴が示唆される。

ABSTRACT

We investigate the scaling relations between the supermassive black holes mass (M_bh) and the host bulge mass in elliptical galaxies, classical bulges, and pseudo-bulges. We use two-dimensional image analysis software BUDDA to obtain the structural parameters of 57 galaxies with dynamical M_bh measurement, and determine the bulge K-band luminosities (L_bul,K), stellar masses (M_s), and dynamical masses (M_d). The updated M_bh-L_bul,K, M_bh-M_s, and M_bh-M_d correlations for elliptical galaxies and classical bulges give M_bh~0.006M_s or 0.003M_d. The most tight relationship is log(M_bh/M_sun)=a+b log(M_d/10^11 M_sun), with a=8.46+/-0.05, b=0.90+/-0.06, and intrinsic scatter 0.27 dex. The pseudo-bulges follow their own relations, they harbor an order of magnitude smaller black holes than those in the same massive classical bulges, i.e. M_bh~0.0003M_s or 0.0002M_d. Besides the M_bh-σ(bulge stellar velocity dispersion) relation, these bulge type dependent M_bh-M_bul scaling relations provide information for the growth and coevolution histories of SMBHs and their host bulges. We also find the core elliptical galaxies obey the same M_bh-M_d relation with other normal elliptical galaxies, that is expected in the dissipationless merger scenario.

研究の動機と目的

• 古典的バルジと擬似バルジの間で $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{bulge}} $ 相関が異なるかどうかを調査すること。
• 超大質量ブラックホール質量と宿主バルジ質量のスケーリング関係がバルジタイプによってどのように変化するかを特定すること。
• コア楕円銀河が、通常の楕円銀河と同一の $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{d}} $ 関係に従うかどうかを検証し、断熱的合体モデルを検証すること。
• 高品質な $ K $-バンド画像と動的質量測定を用いることで、先行研究における矛盾を解消すること。

提案手法

• Kバンド画像からの構造的パラメータを取得するため、2次元バルジ/ディスク分解にBUDDAソフトウェアを適用した。
• 57個の銀河について、バルジのKバンド輝度（$ L_{\text{bul,K}} $）、星族質量（$ M_{\text{s}} $）、および動的質量（$ M_{\text{d}} $）を測定した。
• $ \chi^2 $ フィッティングに固有の散乱を組み合わせ、$ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{d}} $ および $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{s}} $ スケーリング関係を導出し、フィットパラメータとして $ \alpha $ と $ \beta $ を用いた。
• 一貫した質量定義とサンプル選択を用いて、先行研究（例：MH03、HR04）と結果を比較した。
• フィットパラメータの信頼区間を推定するためAB法を用い、バルジタイプ間の差の有意性を評価した。
• コア楕円銀河を別個に分析し、非コア楕円銀河における $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{d}} $ 関係と整合性があるかどうかを検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 擬似バルジは、古典的バルジと同一の $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{bulge}} $ 相関に従うか？
• RQ2 擬似バルジの $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{d}} $ 関係は、古典的バルジのそれとは顕著にずれているか？
• RQ3 コア楕円銀河は、非コア楕円銀河と同一の $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{d}} $ 関係に従うか？これは断熱的合体モデルの予測に合致するか？
• RQ4 古典的バルジと擬似バルジの $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{d}} $ 関係における固有の散乱はどの程度か？
• RQ5 異なる質量定義（例：$ M_{\text{d,Ser}} $、$ M_{\text{d,iso}} $）における $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{d}} $ 関係はどのように比較できるか？

主な発見

• 古典的バルジおよび楕円銀河の $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{d}} $ 関係は、$ \log(M_{\text{bh}}/M_{\odot}) = 8.46 \pm 0.05 + 0.90 \pm 0.06 \times \log(M_{\text{d}}/10^{11} M_{\odot}) $ で最もよく記述され、固有の散乱は0.27デシベルである。
• 擬似バルジは、星族質量の約0.0003倍のブラックホール質量を持つ（$ M_{\text{bh}} \simeq 0.0003 M_{\text{s}} $）が、これは古典的バルジに比べて10倍も小さい。
• コア楕円銀河の $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{d}} $ 関係は、通常の楕円銀河と区別がつかず、断熱的合体モデルの予測を支持する。
• 最も精度の高い $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{d}} $ 関係の勾配は $ \beta = 0.90 \pm 0.06 $ であり、ブラックホール質量と動的バルジ質量の間でほぼ線形のスケーリングが成立していることを示している。
• 古典的バルジの $ M_{\text{bh}} $–$ L_{\text{bul,K}} $ および $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{s}} $ 関係は、$ M_{\text{bh}} \simeq 0.006 M_{\text{s}} $ と整合的であり、より良いデータで先行研究の結果を確認した。
• 本研究は、古典的バルジと擬似バルジにおける $ M_{\text{bh}} $–$ \sigma_{*} $ 関係の違いが、$ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{bulge}} $ 平面上でも顕著であり、形成歴の違いが示唆されることを確認した。