[논문 리뷰] Dynamics of embedded bars and the connection with AGN. I. ISAAC/VLT stellar kinematics

Éric Emsellem, D. Greusard외 5명|ArXiv.org|2000. 12. 22.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 22인용 수 93

한 줄 요약

이 연구는 VLT/ISAAC의 근적외선 스펙트로스코피를 사용하여 임베디드 바를 지닌 네 개의 세이프트 은하에서 항성 운동학을 분석하여 중심부에서 최고 회전 속도를 보이며 탈구된 핵 성분과 예상치 못한 중심부 속도 분산의 감소를 규명하였다. 이러한 결과는 바에 의해 유도된 가스 유입에 의해 공급되는 일시적이고 냉각된 핵 디스크와 최근의 항성 형성에 기인한 것으로 보이며, 표준 천체역학 모델이 속도 분산 감소를 재현하기 위해 최근에 유입된 또는 새로 형성된 항성 집단을 도입하지 않으면 안 되는 문제를 제기한다.

ABSTRACT

We present new stellar kinematical profiles of four galaxy hosts of active galactic nuclei, using the CO bandhead around 2.3 micron with the ISAAC/VLT spectrograph. We find that the nuclear bars or discs, embedded in large-scale primary bars, have all a decoupled kinematics, in the sense that the maximum of the rotational velocity occurs in the nuclear region. In three cases (NGC 1097, NGC 1808 and NGC 5728), the velocity dispersion displays a significant drop at the nucleus, a rarely observed phenomenon. We also detect kinematical asymmetries (m=1 mode) along the nuclear bar major-axis of NGC 1808 and NGC 5728, dynamical counterparts of corresponding asymmetries in the surface brightness. We have derived simple dynamical models in an attempt to fit the kinematics of each galaxy and reconstruct the full velocity field. For all four targets, the fits are good, and confirm the presence of the decoupled nuclear components. These models cannot however reproduce the observed central drop in the dispersion. We suggest that this drop is due to a transient cold nuclear disc, fuelled by gas inflow along the bar, that has recently formed new stars.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 근적외선 항성 운동학을 사용하여 활성은하핵 환경에서 임베디드 바의 천체역학적 구조를 조사한다.
• 임베디드 바의 존재가 핵 활성과 관련이 있는지 확인하고, AGN에 연료를 공급하는 데서 그 역할을 평가한다.
• 관측된 운동학적 특징, 예를 들어 중심부 속도 분산 감소가 표준 천체역학 모델로 설명 가능한지, 또는 젊은 항성 디스크와 같은 새로운 물리적 구성 요소가 필요한지 테스트한다.
• 12 CO 밴드헤드 특징을 사용하여 중심 영역의 항성 집단 연령과 질량-광도 비율을 제약한다.

제안 방법

• VLT의 ISAAC 기구를 사용한 근적외선 장슬릿 스펙트로스코피로 2.3 μm에서 항성 속도 및 속도 분산 프로파일을 측정하고, 12 CO 밴드헤드 흡수 특징을 활용한다.
• 에피시클릭 근사와 선형 교란 이론을 도입하여, 비축대칭력에 의해 항성 궤도에 미치는 영향을 모델링하며, 도는 바의 잠재력에 대한 반응을 고려한다.
• 도는 바에 내장된 도는 핵 성분을 포함한 단순 천체역학 모델로 관측된 운동학적 프로파일을 피팅한다.
• 핵 영역의 항성 집단 연령을 추정하기 위해 12 CO 특징의 등가폭을 사용한다.
• 오르트 상수와 에피시클릭 주파수 형식을 사용하여 바의 교란이 존재하는 상황에서 궤도 역학을 기술한다.
• 모델 예측을 관측된 운동학과 비교하여 유도된 구조의 안정성과 일관성을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 세이프트 은하 핵 환경에서 임베디드 바는 운동학적으로 탈구된 핵 성분을 보이며, 만약 그렇다면 큰 스케일 바와 어떻게 다를까?
• RQ2 관측된 네 개의 은하 중 세 개인 NGC 1097, NGC 1808, NGC 5728에서 핵부에서 속도 분산이著명하게 감소하는 이유는 무엇이며, 이러한 희귀 현상을 설명할 수 있는 물리적 메커니즘은 무엇일까?
• RQ3 표준 천체역학 모델이 관측된 운동학적 프로파일, 특히 중심부 속도 분산 감소를 재현할 수 있는가, 아니면 젊고 냉각된 항성 디스크와 같은 추가적인 구성 요소가 필요한가?
• RQ4 바에 의해 유도된 가스 유입은 어떻게 중심 AGN에 연료를 공급하며, 이는 핵부에서의 젊은 항성 집단 형성과 어떻게 관련이 있는가?
• RQ5 보조 바 또는 핵 디스크의 존재는 AGN 활성의 시작과 관련이 있는가? 바의 진화, 가스 유입, 핵부 항성 형성의 시간 스케일은 어떻게 상호작용하는가?

주요 결과

• 모든 네 개의 관측 은하에서 중심 영역에서 최고 회전 속도를 보이며 탈구된 핵 성분이 관측되었으며, 이는 바의 외부 가장자리가 아닌 중심부에서 발생한다.
• NGC 1097, NGC 1808, NGC 5728의 세 은하에서 핵부에서 뚜렷한 속도 분산 감소가 관측되었으며, 문헌에 자주 보고되지 않는 희귀 현상이다.
• NGC 1808과 NGC 5728의 핵 바 주요 축을 따라 운동학적 비대칭성(m=1 모드)이 감지되었으며, 표면 밝기 비대칭성과 대응하여 비축대칭 교란을 나타낸다.
• 단순한 천체역학 모델은 전반적인 운동학적 프로파일을 성공적으로 재현하지만 중심부 속도 분산 감소는 재현하지 못하며, 이는 모델에 누락된 물리적 구성 요소가 있음을 시사한다.
• 중심부 속도 분산 감소는 최근의 가스 유입과 관련된 항성 형성에 의해 유도된 일시적이고 냉각된 핵 디스크의 증거로 해석되며, 바에 의해 유도된 토크에 의해 촉발된 것으로 보인다.
• NGC 1808의 핵부에서 젊은 항성 집단의 존재는 후속 연구(Paper II)에서 확인되었으며, 이는 최근 항성 형성이 낮은 속도 분산을 초래한 것으로 해석된다.