[論文レビュー] The ESO Nearby Abell Cluster Survey. XIII. The orbits of the different types of galaxies in rich clusters

A. Biviano, P. Katgert|ArXiv.org|Jun 7, 2004

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 56被引用数 67

ひとこと要約

本研究では、ESO近傍アベル銀河団調査（ENACS）の運動論的および空間的データを用いて、豊富な銀河団内の異なる銀河タイプの軌道的性質を分析する。初期型銀河の質量プロファイルから得られる逆ジェイン方程式を解くことで、後期型および発光線を持つ銀河は半径が大きくなるにつれて径方向の非等方性が増加するのに対し、構造的不均一性を持つ銀河は接線方向の軌道を示すことが判明し、これは階層的銀河団形成モデルに整合する動的進化を示している。

ABSTRACT

We study the orbits of the various types of galaxies observed in the ESO Nearby Abell Cluster Survey. Galaxies within and outside substructures are considered separately. We use the mass profile we determined from the distribution and kinematics of the early-type galaxies (i.e. ellipticals, excluding the brightest ones, and S0s) outside substructures; the latter were assumed to be on isotropic orbits, which is supported by the shape of their velocity distribution. The projected distribution and kinematics of the galaxies of other types are used to search for equilibrium solutions in the gravitational potential derived from the early-type galaxies, using the method described by Binney and Mamon as implemented by Solanes and Salvador-Sole'. For the brightest ellipticals we are not able to construct equilibrium solutions. This is most likely the result of the formation history and the special location of these galaxies at the centres of their clusters. The data for the early spirals allow equilibrium solutions and are consistent with isotropic orbits, although there is an apparent radial anisotropy at about 0.45 r200. For the late spirals an equilibrium solution with isotropic orbits is rejected by the data. The orbits are nearly isotropic within about 0.7 r200, but then become increasingly radial outwards. Finally, the data for the galaxies in substructures indicate that isotropic solutions are not acceptable, and tangential orbits are indicated. We briefly discuss the possible implications of these velocity-anisotropy profiles for current ideas of the evolution and transformation of galaxies in clusters. (Abridged)

研究の動機と目的

• 豊富な銀河団内の異なる銀河タイプの速度非等方性プロファイルを、観測された運動論的データと空間的分布を用いて特定すること。
• 初期型銀河が生成する重力場のポテンシャル内において、さまざまな銀河クラスの平衡解の妥当性を検証すること。
• 銀河団内の銀河の動的歴史と進化経路を調査し、特に軌道非等方性が変容過程に果たす役割を明らかにすること。
• 構造的不均一性を持つ領域や後期型システムに属する銀河が、等方的、径方向的、または接線方向の軌道にあるかどうかを評価し、銀河団形成モデルに与える含意を明らかにすること。

提案手法

• 観測された投影された位相空間分布および速度分散から、逆ジェイン方程式を用いて速度非等方性プロファイルを導出する。
• Binney & Mamonが提案し、Solanes & Salvador-Soléが実装した手法を用いて、非等方性プロファイル β′(r) = √[⟨v²_r⟩(r)/⟨v²_t⟩(r)] を解く。
• 初期型銀河（楕円銀河およびS0銀河）の運動論的および空間的分布から、等方的軌道を仮定して、銀河団の質量密度プロファイルを導出する。
• 平衡モデルから予測される速度分散プロファイルと観測プロファイルを比較し、解の妥当性を検証する。
• 構造的不均一性を持つ銀河とフィールド銀河を別々に分析し、4つのクラスに区分する：最も明るい楕円銀河、その他の楕円銀河/S0銀河、初期スパイラル（Sa–Sb）、後期スパイラル／不規則銀河／発光線銀河。
• 系誤差の影響を検討し、N体シミュレーションと比較することで、結果の頑健性をテストする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 豊富な銀河団内における異なる銀河タイプ（例：後期スパイラル、構造的不均一性を持つ銀河）の軌道非等方性プロファイルはどのようなものか？
• RQ2 銀河の観測された運動論的および空間的分布は、銀河団ポテンシャル内での平衡モデルと整合的か？
• RQ3 最も明るい楕円銀河ではなぜ平衡解が得られず、これはその形成歴史および力学的性質にどのような含意を持つのか？
• RQ4 銀河の軌道的特性は、S0銀河や矮星系球状銀河への変容にどのように関係しているか？
• RQ5 構造的不均一性を持つ銀河の軌道非等方性は、銀河団コア部における潮汐的破壊および質量分離をどの程度反映しているか？

主な発見

• 最も明るい楕円銀河（E_br）では平衡解が構築できず、これは中心部に位置し、早期に形成されたためと推定される。
• 初期型スパイラル（S_e）は、半径 ≈ 0.45 r_200 における可能性のある径方向非等方性を除き、等方的軌道（β′ ≈ 1）と整合的である。
• 後期型スパイラルおよび不規則銀河（S_l）は、半径が大きくなるにつれて径方向非等方性が増加し、1.5 r_200 で β′ ≈ 1.8 に達する。等方的モデルは99％以上の信頼水準で棄却される。
• 構造的不均一性を持つ銀河（Subs）は、接線方向軌道の強力な証拠を示し、等方的解は棄却される。非等方性は、可能な系誤差に対しても頑健である。
• 観測された軌道非等方性プロファイルは、階層的銀河団形成モデルと整合的であり、構造的不均一性は潮汐的破壊と質量分離を経て形成される。
• 結果は、後期型銀河が最近降着し、軌道の等方化が進行中であるという状況を支持する。一方、構造的不均一性を持つ銀河は接線方向軌道をとることでコア部を避ける。