[논문 리뷰] Fossil groups origins II. Unveiling the formation of the brightest group galaxies through their scaling relations

J. Méndez‐Abreu, J. A. L. Aguerri외 12명|arXiv (Cornell University)|2011. 10. 03.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 87인용 수 28

한 줄 요약

이 연구는 펄서스 군집 내 20개의 가장 밝은 군집은하(BGGs)의 근적외선 구조적 성질을 Ks 대역 이미징과 세르시 프로파일 피팅을 통해 분석한다. 연구 결과, BGGs는 기본 평면을 따르지만 예상보다 더 큰 효과적 반경과 낮은 속도 분산을 보이며 표준 척도관계에서 벗어나 있음을 확인하였으며, 이는 초기의 열역학적 합병과 이후의 건조(열역학적 없음) 합병이 주요 형성 메커니즘임을 시사한다.

ABSTRACT

(Abridged) Fossil systems are galaxy associations dominated by a relatively isolated, bright elliptical galaxy, surrounded by a group of smaller galaxies lacking L* objects. We analyzed the near-infrared photometric and structural properties of a sample of 20 BGGs present in FGs in order to better understand their formation mechanisms. Their surface-brightness distribution was fitted to a Sersic profile using the GASP2D algorithm. Then, the standard scaling relations were derived for the first time for these galaxies and compared with those of normal ellipticals and brightest cluster galaxies in non-fossil systems. The BGGs presented in this study represent a subset of the most massive galaxies in the Universe. We found that their ellipticity profiles are continuously increasing with the galactocentric radius. Our fossil BCGs follow closely the fundamental plane described by normal ellipticals. However, they depart from both the log σ_0 vs. log L_{K_{s}} and log r_{ m e} vs. log L_{K_{s}} relations described by intermediate mass ellipticals. This occurs in the sense that our BGGs have larger effective radii and smaller velocity dispersions than those predicted by these relations. We also found that more elliptical galaxies systematically deviate from the previous relations while more rounder object do not. No similar correlation was found with the Sersic index. The derived scaling relations can be interpreted in terms of the formation scenario of the BGGs. Because our BGGs follow the fundamental plane tilt but they have larger effective radii than expected for intermediate mass ellipticals, we suggest that they only went through dissipational mergers in a early stage of their evolution and then assembled the bulk of their mass through subsequent dry mergers, contrary to previous claims that BGGs in FGs were formed mainly by the merging of gas-rich galaxies.

연구 동기 및 목표

• 정상 타원은하와 비-펄서스 시스템 내 BCGs에서 관찰된 구조적 및 광도적 성질을 통해 펄서스 군집 내 가장 밝은 군집은하(BGGs)의 형성 메커니즘을 이해하기 위해.
• 펄서스 시스템 내 BGGs가 주로 열역학적(습식) 또는 열역학적 없음(건조) 합병을 통해 형성되었는지 조사하기 위해.
• 다량의 BGGs가 펄서스 환경에서 형성된다는 가정 하에 표준 척도관계(예: 기본 평면, 파버-자크슨, 코르멘디 관계)의 타당성을 검증하기 위해.
• 은하 타원도가 합병 유형과 척도관계 이탈과 관련이 있는지 평가하기 위해.
• 관측된 BGGs의 구조적 성질이 초기 및 후기 단계의 합병을 포함하는 계층적 구조 형성 모델과 일치하는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 윌리엄 허셜 망원경 및 기타 천체망원경을 이용해 펄서스 군집 내 20개 BGGs의 깊은 Ks 대역 이미징을 확보하였다.
• 표면 밝기 분포에 대해 GASP2D 알고리즘을 적용하여 세르시 프로파일 피팅을 수행하였다.
• 효과적 반경(re), 중심 속도 분산(σ₀), 세르시 지수(n)를 포함한 구조적 매개변수를 유도하였다.
• 정상 타원은하와 비-펄서스 시스템 내 BCGs의 데이터를 사용하여 기본 평면(FP), 파버-자크슨(FJ), 코르멘디(KR) 관계를 구성하고 비교하였다.
• 합병 유형 의존성을 탐색하기 위해 BGGs를 고타원도(ε > 0.3) 및 저타원도(ε ≤ 0.3) 집단으로 분류하였다.
• 타원도, 위치각, 중심의 반경 프로파일을 분석하여 구조적 복잡성과 합병 역사를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 펄서스 군집 내 BGGs의 구조적 성질은 정상 타원은하와 BCGs에서 관찰된 표준 척도관계를 따르는가?
• RQ2 BGGs의 파버-자크슨 및 코르멘디 관계에서 관측된 이탈은 그들의 형성 역사를 어떻게 반영하는가?
• RQ3 은하의 타원도와 척도관계 이탈 사이에 상관관계가 존재하는가? 이는 서로 다른 합병 유형을 시사하는가?
• RQ4 관측된 구조적 프로파일(예: 반경 증가에 따른 타원도 증가)은 이방성 또는 방향성 합병을 포함하는 특정 형성 시나리오를 지지하는가?
• RQ5 기본 평면 일치성과 척도관계 곡률의 조합은 초기 열역학적 합병과 이후 건조 합병을 포함하는 이중 단계 형성 모델로 설명될 수 있는가?

주요 결과

• 이 샘플의 BGGs는 우주에서 가장 질량이 큰 은하들 중 하나이며, 초기형 시스템과 일치하는 구조적 매개변수를 갖는다.
• 대부분의 BGGs에서 타원도 프로파일은 은하 중심에서 멀어질수록 증가하며, 단순한 평면 대칭 구조보다는 복잡하고 가능성이 이방성 합병 역사를 반영하고 있음을 시사한다.
• BGGs는 정상 타원은하의 기본 평면을 따르며, 중심 영역이 안정되어 있고 일반적인 타원은하와 유사한 동역학적 특성을 가짐을 나타낸다.
• BGGs는 중간 질량 타원은하에 대한 파버-자크슨 및 코르멘디 관계에서 체계적으로 이탈하며, 예측된 것보다 더 큰 효과적 반경과 더 낮은 속도 분산을 나타낸다.
• 높은 타원도(ε > 0.3)를 가진 BGGs는 중간 질량 척도관계에서 더 강한 이탈을 보이며, 원형에 가까운 은하(ε ≤ 0.3)는 관계에 더 가까이 위치한다. 이는 형태학적 특성과 합병 유형 간의 연관성을 지지한다.
• 관측된 척도관계 행동은 초기 열역학적 합병과 이후 건조 합병을 포함하는 이중 단계 형성 시나리오로 가장 잘 설명된다. 이 과정은 BGGs의 크기를 증가시키지만 중심 속도 분산에 크게 영향을 주지 않는다.