[논문 리뷰] Secular Evolution in Disk Galaxies: Pseudobulge Growth and the Formation of Spheroidal Galaxies

John Kormendy, David B. Fisher|ArXiv.org|2008. 10. 14.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 4인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 디스크은하 내부의 순차적 진화를 통해 형성된 허위부울지(퍼스터불지)가 종종 고전적 부울지로 오해당한다고 주장하며, 빈도 높은 주요 융합을 예측하는 냉각 암흑물질 모델을 도전한다. 고해상도 스펙트로스코피와 구조 분석을 통해 저산성도 환경에서 주로 관측되는 M101과 NGC6946와 같은 질량이 큰 부울지 없는 나선은하가 낮은 분산도를 보이는 핵성 별집단을 지닌다는 점을 입증함으로써, 많은 질량이 큰 디스크는 주요 융합 없이 진화했음을 확인한다.

ABSTRACT

Updating Kormendy & Kennicutt (2004, ARAA, 42, 603), we review internal secular evolution of galaxy disks. One consequence is the growth of pseudobulges that often are mistaken for true (merger-built) bulges. Many pseudobulges are recognizable as cold, rapidly rotating, disky structures. Bulges have Sersic function brightness profiles with index n > 2; most pseudobulges have n <= 2. Recognition of pseudobulges makes the biggest problem with cold dark matter galaxy formation more acute: How can hierarchical clustering make so many pure disk galaxies with no evidence for merger-built bulges? E. g., the giant Scd galaxies M101 and NGC 6946 have rotation velocities of V ~ 200 km/s but nuclear star clusters with velocity dispersions of 25 to 40 km/s. Within 8 Mpc of us, 11 of 19 galaxies with V > 150 km/s show no evidence for a classical bulge, while only 7 are ellipticals or have classical bulges. It is hard to understand how bulgeless galaxies could form as the quiescent tail of a distribution of merger histories. Our second theme is environmental secular evolution. We confirm that spheroidal galaxies have fundamental plane (FP) correlations that are almost perpendicular to those for bulges and ellipticals. Spheroidals are not dwarf ellipticals. Rather, their structural parameters are similar to those of late-type galaxies. We suggest that spheroidals are defunct late-type galaxies transformed by internal processes such as supernova-driven gas ejection and environmental processes such as secular harassment and ram-pressure stripping. Minus spheroidals, the FP of ellipticals and bulges has small scatter. With respect to these, pseudobulges are larger and less dense.

연구 동기 및 목표

• 디스크은하에서 고전적 부울지(융합에 의해 형성됨)와 허위부울지(내부 순차적 과정에 의해 형성됨)의 차이를 명확히 하기.
• 고전적 부울지가 없는 질량이 큰 부울지 없는 디스크은하가 융합의 흔적 없이 존재함을 보여, 냉각 암흑물질(CDM) 이론을 도전하기.
• 주로 주요 융합이 일어나지 않는 낮은 밀도 환경인 국부군과 같은 지역에서 질량이 큰 부울지 없는 은하가 흔한 이유를 탐구하기.
• 허위부울지와 구형은하의 구조적 및 역학적 성질을 분석하여 그 형성 메커니즘을 규명하기.
• 구형은하가 내부 및 환경적 과정(예: 가스 방출, 협박, 램압력 스트리핑 등)에 의해 늦은 유형의 은하로 전환된 후 퇴화된 시스템인지 평가하기.

제안 방법

• M101, NGC6946, IC342 등 질량이 큰 나선은하의 핵 영역에 대해 고해상도 스펙트로스코피(장비 분산 ≈ 5–8 km s⁻¹)를 수행하여 별의 속도 분산도 측정하기.
• J, H, K 대역의 광학적 데이터를 이용해 세르시 지수 프로파일(n)을 분석하여 고전적 부울지(n > 2)와 허위부울지(n < 2)를 구분하기.
• CO 회전곡선에서 유도된 운동학적 자료(V(r) 프로파일)를 활용해 중심 질량 농축도와 회전지지 정도 평가하기.
• 8 Mpc 이내의 19개 은하에 대해 V_circ > 150 km s⁻¹ 조건을 충족하는 경우를 대상으로 HyperLeda 및 Tonry 등(2001)의 자료를 사용해 부울지 유형을 분류하기 위한 통계적 분석 수행하기.
• 구형은하, 고전적 부울지, 타원은하 간의 기본 평면 상관관계를 비교하여 형성 물리학적 차이를 추론하기.
• 디스크은하에서 바와 나선형 구조에 의해 유도되는 역학적 운동량 재분배를 포함하는 순차적 진화 모델 적용하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 V_circ ≈ 200 km s⁻¹인 M101과 NGC6946와 같은 질량이 큰 나선은하가 높은 질량에도 불구하고 고전적 부울지를 지니지 않는 이유는 무엇인가?
• RQ2 구조적 매개변수, 운동학, 형성 메커니즘 측면에서 허위부울지와 고전적 부울지는 무엇으로 다를까?
• RQ3 왜 국부군과 같은 낮은 밀도 환경에서는 주로 주요 융합이 일어나지 않는 데서도 부울지 없는 은하가 바이로 클러스터와 같은 고밀도 군집보다 더 흔한가?
• RQ4 구형은하는 난이형 타원은하와 어떻게 다를까? 그리고 늦은 유형의 디스크가 어떻게 구형은하로 전환되는가?
• RQ5 내부 순차적 진화와 램압력 스트리핑, 협박과 같은 환경적 과정이 구형은하 형성에 얼마나 기여할 수 있는가?

주요 결과

• 8 Mpc 이내의 19개 질량이 큰 은하(V_circ > 150 km s⁻¹) 중 11개는 고전적 부울지의 증거를 보이지 않아, 부울지 없는 디스크가 드문 것이 아니라 흔한 것으로 나타났다.
• M101, NGC6946, IC342는 핵 속도 분산이 각각 25–38 km s⁻¹로, 약 210 km s⁻¹인 원형속도보다 현저히 낮아 허위부울지 상태를 확인한다.
• 대부분의 허위부울지는 세르시 지수 n < 2를 보이며, 고전적 부울지(n > 2)와 대비되며, 디스크형이고 빠르게 도는 형태는 내부 순차적 기원을 지지한다.
• 구형은하는 난이형 타원은하가 아니며, 늦은 유형의 은하와 유사한 구조적 매개변수를 지닌다. 이는 내부 및 환경적 과정에 의해 변형된 늦은 유형 시스템일 가능성이 높다.
• 구형은하의 기본 평면 상관관계는 고전적 부울지 및 타원은하와 거의 수직이므로, 형성 물리학이 다름을 시사한다.
• 허위부울지는 핵성 별집단처럼 뭉쳐지지 않고, 덜 조밀하고 더 흐릿해지는 방식으로 퇄화되므로, 고전적 핵과 다른 기원을 가짐을 나타낸다.