[논문 리뷰] Bar pattern speeds in CALIFA galaxies: I. Fast bars across the Hubble sequence

J. A. L. Aguerri, J. Méndez‐Abreu외 26명|DIGITAL.CSIC (Spanish National Research Council (CSIC))|2015. 01. 22.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 121인용 수 44

한 줄 요약

이 연구는 적색편이 15개의 CALIFA 은하에서 적층형 분광계 데이터를 이용해 비모수적 Tremaine-Weinberg 방법을 적용하여 바 패턴 속도를 측정하였으며, Hubble 타입이 SB0에서 SBbc에 이르는 모든 은하가 빠른 바(1.4 이하)임을 확인하였다. 결과적으로 은하 형성 타입에 따라 바 패턴 속도에 유의미한 경향이 없으며, 이는 다양한 은하 유형에서 바가 수명 주기 내내 빠르게 유지된다는 것을 시사한다.

ABSTRACT

The bar pattern speed ($Ω_{ m b}$) is defined as the rotational frequency of the bar, and it determines the bar dynamics. Several methods have been proposed for measuring $Ω_{ m b}$. The non-parametric method proposed by Tremaine \& Weinberg (1984; TW) and based on stellar kinematics is the most accurate. This method has been applied so far to 17 galaxies, most of them SB0 and SBa types. We have applied the TW method to a new sample of 15 strong and bright barred galaxies, spanning a wide range of morphological types from SB0 to SBbc. Combining our analysis with previous studies, we investigate 32 barred galaxies with their pattern speed measured by the TW method. The resulting total sample of barred galaxies allows us to study the dependence of $Ω_{ m b}$ on galaxy properties, such as the Hubble type. We measured $Ω_{ m b}$ using the TW method on the stellar velocity maps provided by the integral-field spectroscopy data from the CALIFA survey. Integral-field data solve the problems that long-slit data present when applying the TW method, resulting in the determination of more accurate $Ω_{ m b}$. In addition, we have also derived the ratio $\cal{R}$ of the corotation radius to the bar length of the galaxies. According to this parameter, bars can be classified as fast ($\cal{R}$ $< 1.4$) and slow ($\cal{R}$>1.4). For all the galaxies, $\cal{R}$ is compatible within the errors with fast bars. We cannot rule out (at 95$\%$ level) the fast bar solution for any galaxy. We have not observed any significant trend between $\cal{R}$ and the galaxy morphological type. Our results indicate that independent of the Hubble type, bars have been formed and then evolve as fast rotators. This observational result will constrain the scenarios of formation and evolution of bars proposed by numerical simulations.

연구 동기 및 목표

• Hubble 타입이 SB0에서 SBbc에 이르는 15개의 낙관형 은하 샘플에서 Tremaine-Weinberg 방법을 이용해 바 패턴 속도(Ω_b)를 측정하기.
• 특히 Hubble 계열 전반에서 바 패턴 속도가 은하 형성 타입에 따라 달라지는지 평가하기.
• 장선 데이터가 아닌 적층형 분광계 데이터를 사용함으로써 중심 위치 및 위치각 불확실성을 줄여 Ω_b 측정의 정확도를 향상시키기.
• 바를 빠른(1.4 이하) 또는 느린(1.4 이상)으로 분류하기 위해 R = R_CR / a_b(공진 조건 반경 대비 바 길이 비율)의 비율을 결정하기.
• 이 샘플을 이전의 TW 측정 결과와 융합하여 총 32개의 은하로 구성된 샘플을 확보해 바의 역학적 특성에 대한 통계적 분석을 강력하게 하기.

제안 방법

• CALIFA 적층형 분광계 데이터에서 유도된 항성 속도 맵에 모델에 의존하지 않는 Tremaine-Weinberg(TW) 방법을 적용하였다.
• 주축 방향에 따라 정렬된 가상의 장선을 따라 스펙트럼을 합산하여 운동학적 적분을 계산하였으며, 선속도를 측정하였다.
• 패턴 속도 추정의 강건성을 향상시키기 위해 빛과 질량을 모두 가중치 함수로 사용하였다.
• 비틀림 보정된 주축 속도 프로파일에서의 점점 가까운 원형 속도 V_c,flat을 사용하여 공진 조건 반경 R_CR = V_c,flat / Ω_b로 추정하였다.
• 바를 빠른(1.4 이하) 또는 느린(1.4 이상)으로 분류하기 위해 차원 없는 비율 R = R_CR / a_b를 계산하였다.
• 각 은하에서 빠른 바 솔루션을 배제할 수 있는 95% 신뢰수준을 평가하기 위해 몬테카를로 시뮬레이션을 수행하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Hubble 타입이 SB0에서 SBbc에 이르는 계열 전반에서 바 패턴 속도가 체계적으로 변화하는가?
• RQ2 초기형(SB0–SBa)과 후기형(SBb–SBbc) 낙관형 은하의 바는 주로 빠른 회전자인지 느린 회전자인지인가?
• RQ3 적층형 데이터에 적용된 TW 방법이 장선 데이터에 비해 더 정확하고 신뢰할 수 있는 패턴 속도 측정을 가능하게 하는가?
• RQ4 바 패턴 속도와 질량 또는 디스크 안정성과 같은 은하의 구조적 매개변수 사이에 유의미한 상관관계가 있는가?
• RQ5 다양한 낙관형 은하 샘플에서 R = R_CR / a_b 비율의 통계적 분포는 어떠한가?

주요 결과

• CALIFA 샘플의 15개 은하 전부가 95% 신뢰구간 내에서 R = R_CR / a_b < 1.4를 만족하여 빠른 바임이 일관되게 확인되었다.
• 32개 은하(15개 신규 샘플 + 이전 연구의 17개)로 구성된 전체 샘플의 R 평균은 1.0–1.1 범위에 위치하여, 빠른 바를 예측하는 유체역학적 시뮬레이션과 일치한다.
• R과 Hubble 타입 사이에 유의미한 경향이 관측되지 않아, 초기형과 후기형 낙관형 은하 모두가 빠르게 도는 바를 지닌다는 것이 확인되었다.
• 적층형 데이터의 사용으로 중심 위치 및 위치각 오차에 기인한 체계적 불확실성이 감소하여 패턴 속도 측정 정확도가 향상되었다.
• 결과적으로 바가 형성되고 진화하는 동안 어둠센 물질 허브와의 각운동량 교환을 최소화하면서 빠른 회전자로 유지된다는 시나리오를 지지한다.
• Hubble 타입에 따라 R의 경향성이 없음을 고려할 때, 바의 형성 및 진화 이론 모델에 제약을 가하며, 바가 수명 주기 내내 빠르게 유지된다는 시나리오를 지지한다.