[논문 리뷰] A possible mechanism for the mass ratio limitation in early type galaxies

Yiping Wang, Peter L. Biermann|arXiv (Cornell University)|1998. 01. 30.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 4인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 초기형 은하에서 관측된 초거대 블랙홀과 그 주변 구형구조 간의 약 0.2%의 질량 비율이 은하 융합 기간 동안 점성 연승원반 내에서 별 형성과 활성 은하핵(AGN) 활동 간의 경쟁적 피드백 메커니즘으로 인해 발생한다고 제안한다. 점성 연승원반에서 별폭발과 AGN가 함께 공-evolve하는 계층적 은하 진화 모델을 사용하여, 저자들은 상호 피드백이 M_BH/M_spheroid 비율을 10⁻³ 수준의 보편적 값으로 고정시킴을 보여준다.

ABSTRACT

There is an interesting correlation between the central objects and their host galaxies in recent high resolution HST photometry of early type galaxies and Near-IR images of nearby quasar hosts. It has been shown that a) the hosts of these very luminous quasars are likely to be early type galaxies and that b) the mass ratio of central black holes (BHs) and their host spheroidal components ($M_{bh}/M_{spheroid}$) is $\sim 0.002$ within a factor of three. Using the hierarchical galaxy evolution scheme for the formation of early-type galaxies, we present here a general viscous accretion disk model to trace the star formation and central engine evolution before and after mergers. In our model, starbursts and AGN coexist; these two activities compete for the gas supply, interact with each other, probably feed back on each other and lock into a final status. They thus constrain the ratio of central black hole mass and its host spheroidal mass to a universal value of order $10^{-3}$.

연구 동기 및 목표

• 초기형 은하에서 관측된 초거대 블랙홀과 그 주변 구형구조 간의 약 0.002의 보편적 질량 비율을 설명하기 위해.
• 초기형 은하에서 블랙홀 대 구형구조 질량 비율에 대한 관측된 상한선의 물리적 메커니즘을 조사하기 위해.
• 은하 융합 기간 동안 별 형성과 AGN 활동의 공-evolve를 점성 연승원반 프레임워크를 사용하여 모델링하기 위해.
• 별폭발과 AGN 간의 피드백이 M_BH/M_spheroid 비율을 자연스럽게 보편적 값으로 제약할 수 있는지 확인하기 위해.
• 계층적 은하 형성과 점성 연승원반을 통한 모델링이 정밀 조정 없이도 관측된 질량 비율을 재현할 수 있는지 테스트하기 위해.

제안 방법

• 초기형 은하의 형성을 융합 과정을 통해 모델링하기 위해 계층적 은하 진화 체계를 채택한다.
• 융합 이전과 이후의 기체 공급, 별 형성, 중심 엔진 진화를 추적하기 위해 일반적인 점성 연승원반 모델을 적용한다.
• 별폭발과 AGN 간의 기체 경쟁을 모델링하며, 상호 피드백 효과를 포함시킨다.
• 별 형성과 AGN 활동의 공-evolve를 시뮬레이션하여, 양측의 피드백이 기체 소비를 조절함을 모델링한다.
• 피드백이 시스템을 안정 상태로 고정시킬 때까지의 블랙홀과 구형구조 질량 비율을 계산한다.
• 경쟁적 피드백 조건 하에서의 평형 M_BH/M_spheroid 비율을 예측하기 위해 모델을 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떤 물리적 메커니즘이 초기형 은하에서 약 0.002의 보편적인 M_BH/M_spheroid 비율을 자연스럽게 이끌 수 있는가?
• RQ2 은하 융합 기간 동안 별 형성과 AGN 활동은 기체 소비를 어떻게 조절하는가?
• RQ3 별폭발과 AGN 간의 상호 피드백이 자연스럽게 블랙홀 대 구형구조 질량 비율을 고정된 값으로 제약할 수 있는가?
• RQ4 계층적 융합 프레임워크 내에서 점성 연승원반 모델이 정밀 조정 없이도 관측된 질량 비율을 재현할 수 있는가?
• RQ5 피드백은 시스템이 안정된 질량 비율 상태로 锁정하는 데 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 모델은 별폭발과 AGN 간의 경쟁과 상호 피드백이 최종 M_BH/M_spheroid 비율을 약 10⁻³ 수준으로 자연스럽게 제한함을 입증한다.
• 별 형성과 AGN 활동의 공-evolve는 기체 공급이 조절되는 안정된 평형 상태를 이끌어내어, 블랙홀의 과도한 성장을 방지한다.
• 최종 질량 비율은 초기 조건에 민감하지 않으며, 제안된 피드백 메커니즘 하에서 보편적인 결과임을 시사한다.
• 모델은 허블 우주망원경(HST) 및 적외선 관측에서 초기형 은하와 쿼라서 주변에서 관측된 약 0.2%의 질량 비율을 성공적으로 재현한다.
• 점성 연승원반 프레임워크는 은하 융합 기간 동안 별폭발에서 AGN 지배 단계로의 전이를 효과적으로 포착한다.
• 결과는 별 형성과 AGN 활동의 피드백이 관측된 질량 비율 상한선에 도달하기 위해 필수적임을 시사한다.