[논문 리뷰] Internal kinematics of spiral galaxies in distant clusters. Part II. Observations and data analysis

Klaus Jaeger, B. Ziegler외 6명|ArXiv.org|2004. 06. 01.

Astronomy and Astrophysical Research참고 문헌 1인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 0.3 < z < 0.6 범위의 일곱 개인 원거리 은하단에서 116개 은하에 대해 VLT의 FORS를 사용하여 공간 해상도가 확보된 스펙트로스코피를 수행하여 나설판 은하의 내부 운동을 측정한다. 정상적인 회전곡선을 보이는 13개의 은하단 나선판 은하를 식별하여 Tully-Fisher 관계 분석에 적합한 조건을 만족함을 확인하였으며, 밀도가 높은 은하단 환경이 상호작용과 형상 변화를 통해 은하 진화에 영향을 줄 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

We have conducted an observing campaign with FORS at the ESO-VLT to explore the kinematical properties of spiral galaxies in distant galaxy clusters. Our main goal is to analyse transformation- and interaction processes of disk galaxies within the special environment of clusters as compared to the hierarchical evolution of galaxies in the field. Spatially resolved MOS-spectra have been obtained for seven galaxy clusters at 0.32 hours we reach an S/N&gt;5 in the emission lines appropriate for the deduction of the galaxies' internal rotation velocities from [OII], Hbeta, or [OIII] profiles. Preselection of targets was done on the basis of available redshifts as well as from photometric and morphological information gathered from own observations, archive data, and from the literature. Emphasis was laid on the definition of suitable setups to avoid the typical restrictions of the standard MOS unit for this kind of observations. In total we assembled spectra of 116 objects of which 50 turned out to be cluster members. Position velocity diagrams, finding charts as well as tables with photometric, spectral, and structural parameters of individual galaxies are presented.

연구 동기 및 목표

• 장거리 은하단 환경이 현장 은하와 비교하여 나선판 은하의 운동학적 및 형상 진화에 미치는 영향을 조사하는 것.
• 공간 해상도가 확보된 스펙트로스코피를 사용하여 원거리 은하단 내 나선판 은하의 내부 회전 속도를 측정하는 것.
• 상호작용, 램 압력, 합성과 같은 환경적 과정이 디스크 은하의 운동학적 및 구조적 진화에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 중간 적색이동 범위(z ≈ 0.3–0.6)에서 은하단 나선판 은하를 대상으로 Tully-Fisher 관계를 수립하여 빛의 세기와 질량 진화를 추적하는 것.
• 환경적 영향이나 기하학적 기울임으로 인해 운동학적 특성이 손상된 은하를 식별하고 특성화하는 것.

제안 방법

• 칠레 파라날 관측소에 위치한 VLT의 FORS 기구를 사용하여 다중 대상 스펙트로스코피를 수행하였으며, 각 은하단에 대해 두 가지 MOS 설정을 적용하였다.
• 신호 대 잡음비(S/N) > 5를 확보하기 위해 각 포인팅에 대해 2시간 이상의 노출 시간을 확보하여 발광선([OII], Hβ, [OIII])에 대한 신뢰할 수 있는 운동학적 측정을 수행하였다.
• 관측된 발광선 프로파일에 대해 합성 회전곡선을 최적화하여 최대 회전속도(V_max)를 유도하기 위해 카이제곱 적합 기법을 사용하였으며, 기울기(i), 기울임 각도(δ), 디스크 스케일 길이(r_d)를 변수로 설정하였다.
• 기존 자료와 자체 확보 자료를 기반으로 사진측정 및 형상 기준을 적용하여 사전 대상 선별을 수행하였으며, 은하단 영역 내 늦은 형상의 나선판 은하에 집중하였다.
• 위치-속도도를 작성하고 발광선 프로파일을 분석하여 회전곡선을 추론하였으며, 상승 후 평탄한 프로파일을 보이는 경우에만 TFR 분석 대상으로 선정하였다.
• 스펙트로스코픽 데이터에서 절대 등급(M_B)과 고정된 프레임 등가폭(EW [OII])을 보정하였으며, 오차 추정치는 카이제곱 적합 과정에서 유도하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 원거리 은하단(z ≈ 0.3–0.6) 내 나선판 은하의 내부 운동학은 국지적 현장 및 계층적 진화 모델과 비교하여 어떻게 다를까?
• RQ2 상호작용, 램 압력, 합성과 같은 환경적 과정이 은하단 내 나선판 은하의 회전곡선을 얼마나 심하게 왜곡시키며, 정상적인 운동학을 어떻게 방해하는가?
• RQ3 중간 적색이동 범위에서 Tully-Fisher 관계 분석에 적합한 정상적인 회전곡선을 보이는 은하단 나선판 은하의 비율은 어느 정도인가?
• RQ4 은하단 내 나선판 은하의 유도된 최대 회전속도(V_max)와 절대 등급(M_B)은 현장 내 나선판 은하 및 이론적 기대치와 비교하여 어떻게 다를까?
• RQ5 저신호 대 잡음비 또는 슬릿 기울임과 같은 관측적 제약 조건이 고적색이동 은하의 운동학적 측정 신뢰도에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 총 116개의 대상이 FORS로 관측되었으며, 그 중 50개가 은하단 구성원로 확인되었으며, 이 중 35개는 늦은 형상의 나선판 은하였다.
• 32개의 은하(그 중 15개는 은하단 구성원)에 대해 위치-속도도가 성공적으로 작성되었으며, 그 중 13개의 은하단 나선판 은하는 Tully-Fisher 분석에 적합한 정상적인 회전곡선을 보였다.
• 관측된 발광선 프로파일에 대해 합성 회전곡선의 카이제곱 적합을 통해 최대 회전속도(V_max)가 유도되었으며, 오차는 적합 과정에서 추정되었다.
• 8개의 은하에서 다중 발광선이 감지되었으며, 그 중 6개의 경우 유도된 V_max 값이 각 선 간 일관성이 있었고, 최종 V_max 값은 가장 높은 S/N 및 가장 넓은 반경 범위를 확보한 선에서 취하였다.
• 내재적 손상 또는 슬릿 기울임으로 인해 운동학적 특성이 손상된 은하들은 Tully-Fisher 다이어그램에서 제외되었으며, 이는 운동학 품질이 역학적 질량 추정에 있어 매우 중요함을 시사한다.
• 모든 관측 은하에 대해 사진측정, 스펙트럼 및 구조적 파rameter(예: T형, 기울기, 디스크 스케일 길이, EW [OII], M_B)의 포괄적인 표를 포함하고 있으며, 이는 나선판 은하 진화에 미치는 환경적 영향 분석을 위한 추가 분석을 가능하게 한다.