[논문 리뷰] Dynamics of the NGC 4636 globular cluster system II. Improved constraints from a large sample of globular cluster velocities

Y. Schuberth, T. Richtler외 4명|arXiv (Cornell University)|2012. 05. 09.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 80인용 수 31

한 줄 요약

이 연구는 NGC 4636 주변 460개의 구형별집 궤도속도를 대량으로 제시하며, 기존 관측자료와 함께 VLT/FORS2 데이터를 융합하여 은하의 어둠성 환경의 역학 모델링을 향상시킨다. 성간 및 구형별집 운동학을 사용한 제인 분석을 통해 R-대역에서 성간 질량/빛 비율이 5.8로 도출되었으며, 이는 MOND 예측과 일치하고, 성분 농도 기울기를 고려할 경우 X선 질량 프로파일과도 잘 맞아떨어지며, X선 질량 추정치에 이러한 보정이 필요하다는 것을 뒷받침한다.

ABSTRACT

We present new radial velocities for 289 globular clusters around NGC 4636, the southernmost giant elliptical galaxy of the Virgo cluster. The data were obtained with FORS2/MXU at the Very Large Telescope. Together with data analysed in an earlier study (Schuberth et al. 2006), we now have a sample of 460 globular cluster velocities out to a radius of 12 arcmin (60 kpc) available - one of the largest of its kind. This new data set also provides a much more complete angular coverage. Moreover, we present new kinematical data of the inner stellar population of NGC 4636. We perform an updated Jeans analysis, using both stellar and GC data, to better constrain the dark halo properties. We find a stellar M/L-ratio of 5.8 in the R-band, higher than expected from single stellar population synthesis. We model the dark halo by cored and cuspy analytical halo profiles and consider different anisotropies for the tracer populations. Properties of NFW halos lie well within the expected range of cosmological simulations. Cored halos give central dark matter densities, which are typical for elliptical galaxies of NGC 4636's luminosity. The surface densities of the dark matter halos are higher than those of spiral galaxies. We compare the predictions of Modified Newtonian Dynamics with the derived halo properties and find satisfactory agreement. Therefore NGC 4636 therefore falls onto the baryonic Tully-Fisher relation for spiral galaxies. The comparison with the X-ray mass profile of Johnson et al. (2009) reveals satisfactory agreement only, if the abundance gradient of hot plasma has been taken into account. This might indicate a general bias towards higher masses for X-ray based mass profiles in all systems, including galaxy clusters, with strong abundance gradients.

연구 동기 및 목표

• 더 큰, 보다 완전한 구형별집 궤도속도 샘플을 사용하여 NGC 4636의 어둠성 물질 환경에 대한 제약 조건을 향상시키기.
• 관측된 속도 분산과 역학 모델을 비교하여 성간 질량/빛 비율을 보다 정교하게 조정하기.
• 헤ating된 질량 프로파일이 X선 기반 질량 프로파일과 얼마나 일치하는지 평가하며, 특히 뜨거운 플라즈마의 성분 농도 기울기를 고려할 경우를 포함하여 분석하기.
• 수정 뉴턴역학(MOND) 및 NFW/핵이 있는 환경 모델이 구형별집계의 운동학을 설명하는 데 얼마나 타당한지 테스트하기.
• 집단 인구의 궤도 비대칭성과 외곽 영역에서의 속도 분산 프로파일의 신뢰성에 영향을 평가하기.

제안 방법

• VLT/FORS2/MXU를 사용하여 289개의 새로운 구형별집 궤도속도를 확보하여 총 샘플 수를 12 arcmin(60 kpc)까지 460개의 집단으로 증가시켰다.
• 성간 빛과 구형별집 운동학을 사용하여 총 질량 프로파일을 모델링하기 위해 파란색 및 빨간색 구형별집 하위집단에 대해 구형 대칭 제인 분석을 수행하였다.
• NFW, 버커트, 로그함수 프로파일을 포함한 분석적 어둠성 환경 모델을 피팅하였으며, 추적자 집단의 비대칭성 파rameter를 다양하게 설정하였다.
• Johnson 등(2009)의 X선 질량 프로파일과 유사한 동역학적 질량 프로파일을 비교하였으며, X선 분석에서 성분 농도 기울기를 포함할 경우의 영향을 테스트하였다.
• 원형 속도 및 표면 밀도 비교를 통해 유계 질량-광도 관계와 MOND 예측과의 일치성을 평가하였다.
• 재조정된 거리 17.5 Mpc를 사용하여 성간 질량/빛 비율을 재보정하고 동역학적 일관성을 향상시켰다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 더 큰 구형별집 속도 샘플을 사용하여 NGC 4636의 어둠성 물질 환경에 대한 개선된 제약 조건은 무엇인가요?
• RQ2 R-대역에서의 성간 질량/빛 비율은 인구 합성 모델의 예측과 어떻게 비교되며, 이는 초기 질량 함수에 어떤 함의를 갖는가요?
• RQ3 X선 기반 질량 프로파일이 구형별집 운동학에서 유도된 동역학적 질량 프로파일과 얼마나 일치하는가요? 특히 성분 농도 기울기를 포함할 경우 어떻게 되나요?
• RQ4 운동학 데이터는 수정 뉴턴역학(MOND) 또는 표준 냉각 어둠성 물질 환경 모델을 지지하는가요?
• RQ5 파란색과 빨간색 구형별집의 궤도 비대칭성은 등방성과 일치하는가요? 그리고 질량 모델링에 어떤 영향을 미치나요?

주요 결과

• R-대역에서 성간 질량/빛 비율은 5.8로, 표준 단일 성간 인구 합성 모델에서 예측하는 것보다 높으며, 지역의 젊은 별집에서 관측되는 것보다 더 급격한 초기 질량 함수를 시사한다.
• 성간 빛과 파란 구형별집을 사용한 최적의 공동 로그함수 환경 모델은 핵 반경 r₀ = 8 kpc 및 원형 속도 v₀ = 237 km/s를 갖는다.
• Johnson 등(2009)의 X선 질량 프로파일은 뜨거운 플라즈마의 성분 농도 기울기를 고려할 경우에만 동역학적 질량 프로파일과 잘 일치하며, 否면 질량을 크게 과대평가한다.
• NGC 4636의 환경 표면 밀도는 그 빛의 강도와 유사한 타원은하의 일반적인 수준이며, 핵이 있는 환경 모델과 일치함을 뒷받침한다.
• NGC 4636는 나선은하의 유계 질량-광도 관계에 매우 가까이 위치해 있으며, 그 역학적 특성은 특히 a = 1.2 × 10⁻¹⁰ m/s²일 경우 MOND 예측과 일치한다.
• 빨간 구형별집 인구를 사용한 피팅 결과는 파란 인구를 사용한 결과보다 항상 열악하며, 그 이유는 아직 명확하지 않다.