[논문 리뷰] Formation of S0 galaxies through mergers. Bulge-disc structural coupling resulting from major mergers

Miguel Querejeta, M. C. Eliche‐Moral외 5명|2014. 09. 17.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 118인용 수 43

한 줄 요약

이 연구는 소산적 N-body 시뮬레이션을 통해 주요 합병이 이전에 합병에 의해 형성될 수 없다고 여겨졌던 현실적인 밀도-디스크 구조적 결합을 가진 S0은하를 생성할 수 있음을 보여준다. 비록 원천 구조가 파괴되더라도 주요 합병은 약 35억 년 이내에 재결합을 이루며, 관측된 B/T, re, hd 및 n < 2 프로파일을 포함하여 실제 S0과 일치하는 잔여물들을 생성한다. 이는 바와 같은 내부 순차적 과정을 요구하지 않아도 된다.

ABSTRACT

Observations reveal a strong structural coupling between bulge and disc in S0 galaxies, which seems difficult to explain if they have formed from supposedly catastrophic events such as major mergers. We face this question by quantifying the bulge-disc coupling in dissipative simulations of major and minor mergers that result in realistic S0s. We have studied the dissipative N-body binary merger simulations from the GalMer database that give rise to realistic, relaxed E/S0 and S0 remnants (67 major and 29 minor mergers). We simulate surface brightness profiles of these S0-like remnants in the K-band, mimicking typical observational conditions, to perform bulge-disc decompositions analogous to those carried out in real S0s. The global bulge-disc structure of these remnants has been compared with real data, and they distribute in the B/T - r_e - h_d parameter space consistently with real bright S0s, where B/T is the bulge-to-total luminosity ratio, r_e is the bulge effective radius, and h_d is the disc scalelength. Major mergers can rebuild a bulge-disc coupling in the remnants after having destroyed the structures of the progenitors, whereas minor mergers directly preserve them. Remnants exhibit B/T and r_e/h_d spanning a wide range of values, and their distribution is consistent with observations. Many remnants have bulge Sersic indices ranging 1

연구 동기 및 목표

• 주요 합병과 미소 합병이 S0은하에서 관측된 밀도-디스크 구조적 결합을 재현할 수 있는지 테스트하는 것.
• S0은하에서 강한 밀도-디스크 결합이 관측되는데도 불구하고 주요 합병의 파괴적 성격과의 명백한 모순을 해결하는 것.
• S0은하의 가짜 밀도가 바에 의한 순차적 과정(예: 바에 의한 진화) 없이도 합병을 통해 형성될 수 있는지 확인하는 것.
• 모의 S0 유사 잔여물들을 실제 S0들과 광학적 매개변수 공간(B/T, re, hd)에서 비교하는 것.

제안 방법

• GalMer 데이터베이스에서 확보한 소산적 N-body 합병 시뮬레이션(주요 합병 67건, 미소 합병 29건)을 활용하여 안정화된 E/S0 및 S0 잔여물을 생성하였다.
• 관측 조건에 맞는 일반적인 상황에서 잔여물의 K-band 표면 밝기 프로파일을 시뮬레이션하여 광학적 밀도-디스크 분해를 가능하게 하였다.
• 표준 밀도-디스크 분해 기법(GALFIT 등)을 적용하여 밀도의 B/T, re, hd 및 세르시 지수 n을 추출하였다.
• 모의 잔여물의 구조적 매개변수를 NIRS0S 조사에서 확보한 실제 S0들과 B/T–re–hd 매개변수 공간에서 비교하였다.
• 필요에 따라 추가 성분(예: 임베디드 디스크)을 고려하여 피팅의 현실성 향상을 도모하였다.
• 시간에 따른 구조적 매개변수의 진화를 추적하여 안정화 스케일 및 특징의 장기적 안정성을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 주요 합병은 실제 관측된 S0은하의 밀도-디스크 구조적 결합을 가진 S0 잔여물을 생성할 수 있는가?
• RQ2 합병 잔여물은 관측된 S0들과 일치하는 B/T, 효율 반경(re), 디스크 스케일 길이(hd) 값을 나타내는가?
• RQ3 가짜 밀도(n < 2, B/T < 0.4)는 바에 의한 순차적 진화 없이도 주요 합병을 통해 S0 잔여물에서 형성될 수 있는가?
• RQ4 합병 잔여물 내에 존재하는 젊고 임베디드된 디스크의 존재는 밀도의 구조적 피팅 및 세르시 지수 측정에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 S0은하의 밀도-디스크 결합은 합병 기원과 호환되는가, 아니면 합병이 형성 메커니즘으로서 배제되는가?

주요 결과

• 주요 합병과 미소 합병에서 유도된 S0 유사 잔여물은 NIRS0S 조사에서 확보한 실제 밝은 S0들과 일치하는 B/T–re–hd 매개변수 공간에 분포되어 있다.
• 비록 항성 질량 범위가 좁지만, 잔여물들은 B/T, re, hd 및 re/hd 값에 대해 넓은 범위를 차지하며 관측된 매개변수 공간의 약 한 계급을 커버한다.
• 약 64%의 주요 합병 잔여물과 100%의 미소 합병 잔여물이 실제 S0에서 관측된 추세와 일치하는 범위인 1 < n < 2 내의 세르시 지수를 나타낸다.
• 약 절반의 주요 합병 잔여물은 젊고 성별하는 내부 디스크의 영향으로 인해 인위적으로 낮은 n 값(n ~ 1)을 보이지만, 이는 약 2~30억 년 내에 안정화될 것으로 예상된다.
• 잔여물 내의 디스크 유사 구조와 낮은 n의 밀도는 가짜 밀도가 바나 순차적 진화 없이도 주요 합병에서 형성될 수 있음을 시사한다.
• 주요 합병은 원천 구조를 파괴한 후에도 밀도-디스크 결합을 재건할 수 있으며, 미소 합병은 원래의 결합을 유지한다. 이는 결합이 합병 물리학의 근본적인 결과임을 시사한다.