[논문 리뷰] Galactic bulges from Hubble Space Telescope NICMOS observations: the lack of r^{1/4} bulges

M. Balcells, Alister W. Graham외 2명|ArXiv.org|2002. 12. 07.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 99

한 줄 요약

Hubble Space Telescope NICMOS near-infrared 이미지를 사용하여 이 연구는 S0–Sbc은하에 대해 고해상도 복합구조 분해를 수행하고, 고전적인 $ r^{1/4} $ 법칙을 따르는 별집단은 없음을 발견한다. 대신, Sérsic 프로파일 피팅 결과 중앙값인 $ n = 1.7 \pm 0.7 $을 도출하여 대부분의 별집단이 융합에 의한 폭발적 완화와 일치하지 않는 지수형 프로파일을 가짐을 시사하며, 주로 대규모 융합을 통한 별집단 형성 이론에 도전한다.

ABSTRACT

We use HST near-infrared imaging to explore the shapes of the surface brightness profiles of bulges of S0-Sbc galaxies at high resolution. Modeling extends to the outer bulge via bulge-disk decompositions of combined HST - ground based profiles. Compact, central unresolved components similar to those reported by others are found in ~84% of the sample. We also detect a moderate frequency (~34%) of nuclear components with exponential profiles which may be disks or bars. Adopting the Sérsic r^{1/n} functional form for the bulge, none of the bulges have an r^{1/4} behaviour; derived Sérsic shape-indices are = 1.7 \pm 0.7. For the same sample, fits to NIR ground-based profiles yield Sérsic indices up to n = 4-6. The high-$n$ of ground-based profiles are a result of nuclear point sources blending with the bulge extended light due to seeing. The low Sérsic indices are not expected from merger violent relaxation, and argue against significant merger growth for most bulges.

연구 동기 및 목표

• S0–Sbc 은하의 별집단이 전통적으로 융합에 의해 형성된 구형구조와 연관된 $ r^{1/4} $ 표면 brightness 프로파일을 따르는지 여부를 규명하는 것.
• 불확실한 핵부분(예: 점원소, 디스크, 바리에이션)이 별집단-디스크 분해에서 Sérsic 프로파일 피팅에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 지상 기반의 $ K $-대역 프로파일에 비해 고해상도 HST/NICMOS로 유도된 Sérsic 지수를 비교하는 것.
• 낮은 Sérsic 지수의 별집단 형성 모델에 대한 함의를 평가하는 것, 특히 융합 대비 점진적 진화의 역할을 고려하는 것.

제안 방법

• Hubble Space Telescope의 NICMOS 기구를 사용하여 19개의 S0–Sbc 은하에 대해 고해상도 near-infrared (F160W) 이미지를 확보하였다.
• 내부 영역의 HST 데이터와 외부 영역의 지상 기반 $ K $-대역 데이터를 조합한 복합 표면 brightness 프로파일을 사용하여 별집단-디스크 분해를 수행하였다.
• Sérsic $ r^{1/n} $ 함수를 사용하여 별집단 프로파일을 피팅하고, Sérsic 지수 $ n $ 을 측정하였으며, 중심의 불확실한 구성요소를 신중하게 모델링하였다.
• galphot 패키지를 사용하여 0.075″에서 약 ~10″까지 타원형 평균 표면 brightness 프로파일과 등형태를 유도하였으며, 타원도와 위치각을 변수로 설정하였다.
• 지상 기반 프로파일과 HST 데이터에서 유도된 Sérsic 지수를 비교하여 대기 시야와 핵부분 빛의 혼합 효과를 분리하였다.
• 시험 피팅에서 내부 프로파일 영역을 제외하여 $ n $ 이 중심 구성요소에 얼마나 민감한지 평가하고, 고해상도 결과의 탄력성을 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 S0–Sbc 은하의 별집단은 전통적으로 은하 형성 모델에서 가정하는 바와 같이 $ r^{1/4} $ 표면 brightness 프로파일을 따르는가?
• RQ2 불확실한 핵부분(예: 점원소, 디스크, 바리에이션)이 지상 기반 관측에서 Sérsic 지수 측정에 얼마나 큰 편향을 유도하는가?
• RQ3 고해상도 HST/NICMOS 데이터에서 유도된 Sérsic 지수와 지상 기반 $ K $-대역 프로파일에서의 지수는 어떻게 비교되는가?
• RQ4 낮은 Sérsic 지수는 별집단 형성 메커니즘에 대해 어떤 함의를 갖는가—융합인지 점진적 진화인지?
• RQ5 고해상도와 저해상도 Sérsic 지수 간의 관측된 격리 현상은 대기 시야에 의한 왜곡과 핵부분 빛이 별집단 빛과 혼합되는 것으로 설명될 수 있는가?

주요 결과

• 샘플 내 19개의 S0–Sbc 별집단 중 어느 것도 $ r^{1/4} $ 표면 brightness 프로파일을 따르지 않으며, 모두 $ n < 4 $ 인 Sérsic 지수를 보이며 평균은 $ n = 1.7 \pm 0.7 $ 이다.
• 지상 기반 $ K $-대역 프로파일은 대기 시야로 인해 불확실한 핵부분 점원소가 확장된 별집단 빛과 혼합되면서 높은 Sérsic 지수(최대 $ n = 4-6 $)를 산출한다.
• HST 데이터에서 유도된 낮은 Sérsic 지수 값은 일반적으로 $ n \approx 4 $ 를 산출하는 융합 시뮬레이션에서 예측하는 폭발적 완화 이론과 일치하지 않는다.
• 핵부분—불확실한 점원소 또는 밀집 디스크—은 별집단 빛의 약 $ \sim 10^{-2.8} $ (즉, $ L_{K,PS}/L_{K,Bul} \approx 0.0016 $) 를 차지하며, 이는 모델링되지 않았을 경우 전체 별집단 매개변수에 상당한 영향을 미친다.
• 중간형 및 초기형 별집단의 관측된 Sérsic 지수 분포($ 0.5 \lesssim n \lesssim 3.0 $)는 주로 대규모 융합에 의한 성장보다는 점진적 진화 또는 디스크 불안정성에 의해 더 잘 설명된다.
• 우주론적 시뮬레이션은 이러한 결론을 지지하며, 점진적 진화로 형성된 별집단은 $ n \approx 1 $ 을, 융합에 의해 형성된 시스템은 $ n \approx 4 $ 를 보이며, 관측된 낮은 $ n $ 값과 일치한다.