[論文レビュー] The structure of galactic disks: Studying late-type spiral galaxies using SDSS

M. Pohlen, Ignacio Trujillo|ArXiv.org|Mar 24, 2006

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 59被引用数 221

ひとこと要約

本研究では、SDSSの画像データを用いて90個の近傍の後期型スパイラル銀河の径方向星の明るさプロファイルを分析し、表面輝度が約27 mag/arcsec²まで達するまでに、純粋な指数的ディスクを示すのはわずか10%にとどまることを明らかにした。代わりに、大多数の銀河は破れた指数的プロファイルを示しており、60%が内側ディスクのスケール長の1.5〜4.5倍の位置に、外側領域が急傾斜（ダウンベンディングブレイク）を示すもので、残りの30%は4.0〜6.0倍の位置に、外側領域が緩やか（アップベンディングブレイク）を示すものであった。ブレイクのタイプはハッブル型と相関していた。

ABSTRACT

Using imaging data from the SDSS survey, we present the g' and r' radial stellar light distribution of a complete sample of ~90 face-on to intermediate inclined, nearby, late-type (Sb-Sdm) spiral galaxies. The surface brightness profiles are reliable (1sigma uncertainty less than 0.2 mag) down to mu=~27magsqarcsec. Only ~10% of all galaxies have a normal/standard purely exponential disk down to our noise limit. The surface brightness distribution of the rest of the galaxies is better described as a broken exponential. About 60% of the galaxies have a break in the exponential profile between ~1.5-4.5 times the scalelength followed by a downbending, steeper outer region. Another ~30% shows also a clear break between ~4.0-6.0 times the scalelength but followed by an upbending, shallower outer region. A few galaxies have even a more complex surface brightness distribution. The shape of the profiles correlates with Hubble type. Downbending breaks are more frequent in later Hubble types while the fraction of upbending breaks rises towards earlier types. No clear relation is found between the environment, as characterised by the number of neighbours, and the shape of the profiles of the galaxies.

研究の動機と目的

• 高感度画像を用いて、近傍の後期型スパイラル銀河の外側ディスク構造を包括的に調査すること。
• 銀河ディスクの明るい外側領域におけるディスクの断片化やブレイクの広がりと特徴を特定すること。
• ディスクプロファイルの形態（例：ダウンベンディング対アップベンディングブレイク）と、ハッブル型や環境といった銀河の性質との関連を調査すること。
• 古典的指数的プロファイルが、最も暗い検出可能な表面輝度まで延長されるのか、あるいはブレイクが普遍的であるのかを検証すること。
• 光度分解を用いた客観的なプロファイル分類を行い、異なるブレイクタイプに物理的解釈を導き出すこと。

提案手法

• 約90個の正面または中程度の傾きを示す近傍の後期型（Sb–Sdm）スパイラル銀河の完全サンプルに対して、スローンデジタルスカイサーベイ（SDSS）のg′およびr′バンド画像データを用いた。
• 動的範囲が広い径方向表面輝度プロファイルを測定し、μ ~27 mag/arcsec²まで1σの不確実性が0.2 mag/arcsec²未満となるようにした。
• プロファイル分解技術を用い、ブレイク半径を定量化するための導関数法を含む、客観的な手法を適用して、銀河を異なる形態的タイプに分類した。
• 銀河を3つの主要タイプに分類：タイプI（ブレイクなし）、タイプII（ダウンベンディングブレイク）、タイプIII（アップベンディングブレイク）、物理的解釈のためのサブタイプを設けた。
• 構造的および運動学的事前知識を用いて、バリエーション付き銀河における古典的断片化（タイプII-CT）とOLR関連ブレイク（タイプII.o-OLR）を区別した。
• ブレイク特性（半径、表面輝度）を絶対等級とハッブル型と相関させ、構造的傾向を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 後期型スパイラル銀河の明るい外側ディスクにおける径方向星の明るさ分布の真の性質は何か？
• RQ2 表面輝度が約27 mag/arcsec²まで達するまでに、近傍の後期型スパイラル銀河において、純粋な指数的ディスクと破れた指数的プロファイルはそれぞれどれほど一般的か？
• RQ3 ディスクブレイクのタイプ（ダウンベンディング対アップベンディング）と銀河のハッブル的形態的タイプとの間に相関があるか？
• RQ4 古典的断片化を示す銀河において、ブレイク半径、スケール長、および絶対等級との関係は何か？
• RQ5 周囲の銀河数を測定することで環境を評価した場合、表面輝度プロファイルの形状に影響を与えるか？

主な発見

• サンプルのわずか10%の銀河が、約27 mag/arcsec²のノイズ限界まで純粋な指数的ディスクプロファイルを示しており、普遍的な指数的減衰という長年の仮定に疑問を呈した。
• 60%の銀河が、内側ディスクのスケール長の1.5〜4.5倍の位置にダウンベンディングブレイク（外側領域が急傾斜）を示し、典型的なブレイク半径は2.5 ± 0.6スケール長、表面輝度はμ_br = 23.5 ± 0.8 r′-mag/arcsec²であった。
• 30%の銀河が、スケール長の4.0〜6.0倍の位置にアップベンディングブレイク（外側領域が緩やか）を示し、より大きな半径（4.9 ± 0.6スケール長）と低い表面輝度（μ_br = 24.7 ± 0.8 r′-mag/arcsec²）であった。
• 古典的断片化（タイプII-CT）は、より後のハッブル型（例：Sdm）で頻度が高く、アップベンディングブレイク（タイプIII）は、より初期のタイプ（例：Sb）で頻度が高くなる傾向にあり、形態的依存性が示された。
• 鋭いまたは完全なカットオフは観測されなかった。すべての断片化銀河は、急激な断片化ではなく、明確なブレイク半径を持つ破れた指数的プロファイルとしてより適切に記述された。
• タイプIIIの銀河では、外側のアップベンディング成分がしばしばスパイラル腕などのディスク様構造に関連しており、多くの場合、隣接銀河との相互作用がその起源と考えられる。