[論文レビュー] The Black Hole Mass of Abell 1836-BCG and Abell 3565-BCG

E. Dalla Bontà, Laura Ferrarese+4 more|ArXiv.org|Jun 13, 2007

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、ハッブル宇宙望遠鏡のACSおよびSTISデータを用いて、イオン化ガスの運動学をモデル化することで、2つの最も明るい銀河群銀河（BCG）であるアベル1836-BCGおよびアベル3565-BCGの超大質量ブラックホール質量を動的に測定した。その結果、それぞれ$4.8^{+0.8}_{-0.7} \times 10^9\,M_\odot$および$1.3^{+0.3}_{-0.4} \times 10^9\,M_\odot$のブラックホール質量が得られ、アベル1836-BCGは現在までに動的に測定された中で最も質量の大きなブラックホールを有していることが判明した。

ABSTRACT

Two brightest cluster galaxies (BCGs), namely Abell 1836-BCG and Abell 3565-BCG, were observed with the Advanced Camera for Surveys (ACS) and the Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) on board the Hubble Space Telescope. By modeling the available photometric and kinematic data, it resulted that the mass of Abell 1836-BCG and Abell 3565-BCG are M_bh=4.8(+0.8,-0.7)x10^9 M_sun and M_bh=1.3(+0.3,-0.4)x10^9 M_sun at 1 sigma confidence level, respectively.

研究の動機と目的

• 高分解能のハッブル宇宙望遠鏡データを用いて、2つの最も明るい銀河群銀河（BCG）、アベル1836-BCGおよびアベル3565-BCGの超大質量ブラックホール質量を特定すること。
• 局所宇宙に存在すると予想される最も質量の大きなブラックホール（BCGに存在すると予想される）が、$M_\bullet - \sigma$および$M_\bullet - L_{\text{bulge}}$といった既存のスケーリング関係に従っているかどうかを検証すること。
• BCGが特異な形成歴と高い合体活動を示すため、標準的なブラックホールスケーリング関係から逸脱しているかどうかを評価すること。
• 光度および速度分散データからの間接的質量推定値の不一致を解消するために、イオン化ガス運動学を用いた正確な動的質量測定を提供すること。

提案手法

• 星の光およびダスト分布をマッピングするために、ハッブル宇宙望遠鏡のアドバンスド・カメラ・フォー・サーベイズ（ACS）を用いた高分解能画像撮影（3つのフィルタで）。
• 空間望遠鏡イメージングスペクトログラフ（STIS）を用いた分光測定で、主軸に沿っておよびオフセット位置でイオン化ガスの運動学を測定（0.′′1の幅のスリットを用いて）。
• 星と中心のブラックホールの重力ポテンシャルの組み合わせを仮定し、薄い円盤内の円運動を仮定してイオン化ガス運動学をモデル化した。
• 観測条件（PSF、電荷の漏れ、スリット幾何学）を再現するために、合成された速度場を投影し、劣化処理を行った。
• ブラックホール質量$M_\bullet$、星の質量光度比$(M/L)_\star$、およびディスクの傾き$i$を変化させた3次元のモデルグリッドを探索し、$\chi^2$最小化により最良の適合を得た。
• 速度分散プロファイルは、$\sigma(r) = \sigma_0 + \sigma_1 e^{-r/r_\sigma}$という半径依存関数でモデル化し、観測値に一致するようにパラメータを調整した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 アベル1836-BCGの動的測定ブラックホール質量は何か？また、$M_\bullet - L_{\text{bulge}}$関係の予測値を上回っているか？
• RQ2 アベル3565-BCGのブラックホール質量は、$M_\bullet - \sigma$および$M_\bullet - L_{\text{bulge}}$スケーリング関係からの予測と比較してどうか？
• RQ3 BCGに存在する最も質量の大きなブラックホールは、質量が小さい銀河と同様のスケーリング関係に従っているのか、それとも別個の集団を形成しているのか？
• RQ4 アベル1836-BCGの質量に関する観測された不一致は、$M_\bullet - L_{\text{bulge}}$関係のずれによるものか、それとも測定誤差および環境的要因によるものか？

主な発見

• アベル1836-BCGのブラックホール質量は1σ信頼区間で$4.8^{+0.8}_{-0.7} \times 10^9\,M_\odot$と測定され、これまでに動的に測定された中で最も質量の大きなブラックホールとなった。
• アベル3565-BCGのブラックホール質量は1σ信頼区間で$1.3^{+0.3}_{-0.4} \times 10^9\,M_\odot$であり、$M_\bullet - L_{\text{bulge}}$関係と整合的であった。
• アベル1836-BCGのブラックホール質量は、マリコニ＆ハント（2003）が予測した$8.9 \times 10^8\,M_\odot$を著しく上回っており、高質量領域でのスケーリング関係からの逸脱の可能性を示唆している。
• アベル1836-BCGのイオン化ガスディスクの傾きは$76 \pm 1^\circ$であり、星の質量光度比は$\leq 4.0\,(M/L)_\odot$に制限されており、低質量光度比の星族と整合的であった。
• アベル3565-BCGでは、最良の適合モデルから、傾きが$50 \pm 1^\circ$、星の質量光度比が$9.0 \pm 0.8\,(M/L)_\odot$と得られ、より質量の大きな星成分を示唆した。
• 結果から、$M_\bullet > 10^9\,M_\odot$の大多数の銀河が$M_\bullet - L_{\text{bulge}}$関係上に位置する一方で、アベル1836-BCGは外れ値として位置しており、高質量領域におけるスケーリング関係の普遍性に疑問を呈している。