[논문 리뷰] Stellar dynamics observations of a double nucleus in M 83

N. Thatte, Matthias Tecza외 1명|arXiv (Cornell University)|2000. 09. 25.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 VLT ISAAC 장비에서 얻은 적외선 근접 스펙트로스코피를 사용하여 나선은하 M 83에서 이중핵의 직접적인 증거를 처음으로 제시한다. 관측 결과, 두 개의 속도 분산 피크가 2.7 초초분 간격으로 나타나며, 각각 5.4 pc 이내에서 1.3 × 10⁷ M☉의 역학적 질량을 나타내며, 이는 거대한 별집단 또는 초거대한 어둠의 물체일 가능성을 시사한다. 특히 보조 피크는 은하의 역학적 중심에서 10 mag 이상의 투명도 손실에 의해 가려져 있을 가능성이 있다.

ABSTRACT

We report on the discovery of a double nucleus in M 83, based on measurements of the line of sight velocity distribution of stars observed at near infrared wavelengths with the VLT ISAAC spectrograph. We observe two peaks separated by 2.7" in the velocity dispersion profile of light from late-type stars measured along a slit 0.6" wide, centered on the peak of K band emission and with P.A. 51.7 degrees. The first peak coincides with the peak of the K band light distribution, widely assumed to be the galaxy nucleus. The second peak, of almost equal strength, almost coincides with the center of symmetry of the outer isophotes of the galaxy. The secondary peak location has little K band emission, and appears to be significantly extincted, even at near infrared wavelengths. It also lies along a mid-infrared bar, previously identified by Gallais et al. (1991) and shows strong hydrogen recombination emission at 1.875 microns. If we interpret the observed stellar velocity dispersion as coming from a virialized system, the two nuclei would each contain an enclosed mass of 13.2 x 10^6 M_sun within a radius of 5.4pc. These could either be massive star clusters, or supermassive dark objects.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 적외선 근접 스펙트로스코피를 이용하여 M 83의 핵 영역에서의 응축성 운동을 조사하기 위해.
• 관측된 속도 분산 이중 피크가 이중핵 시스템을 나타내는지 아니면 복잡한 역학을 가진 단일 핵을 나타내는지 확인하기 위해.
• 별 역학과 제인 방정식 모델링을 이용하여 각 핵 주변 5.4 pc 내의 봉인 질량을 추정하기 위해.
• 보조 핵의 성격을 평가하기 위해, 특히 그 가려진 빛의 세기와 은하의 역학적 중심에서의 잠재적 역할을 고려하기 위해.
• M 83의 이중핵, 중간 적외선 방출, 바 형태의 구조 사이의 관계를 탐색하기 위해.

제안 방법

• M 83의 주축과 보조축을 커버하는 적외선 근접 파장(2.238–2.361 µm)에서 VLT ISAAC 장비를 사용하여 중해상도 장선 스펙트로스코피를 수행하였다.
• 관측 스펙트럼과 K1III에서 M5III까지의 거대한 항성 템플릿을 사용하여 2.29 µm 이상의 깊은 CO 밴드헤드 특징에서 별의 속도 분산 프로파일을 유도하였다.
• 자기 평형 상태를 가정하여, 봉인된 역학적 질량을 추정하기 위해 제인 방정식을 적용하였다.
• NTT의 SOFI에서 확보한 광학적 데이터를 사용하여 K-대역 광학적 피크와 외부 등고선의 대칭 중심을 식별하였다.
• 강한 중간 적외선 및 Hα 방출이 관측되었음에도 불구하고 K-대역 방출이 없음을 바탕으로 투명도 손실을 추정하였다.
• 외부 등고선의 대칭 중심과 중간 적외선 바 형태의 형태와의 비교를 통해 역학적 중심을 교차 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 M 83의 핵 영역에서의 속도 분산 프로파일은 이중핵의 증거를 드러내는가?
• RQ2 각 두 개의 속도 분산 피크 주변 5.4 pc 내에서 봉인된 역학적 질량은 얼마인가?
• RQ3 보조 핵은 강한 질량 농도를 지니고 있음에도 불구하고 K-대역에서 왜 매우 어두운가?
• RQ4 보조 핵은 등고선 대칭성과 바 형태의 형태에 의해 나타나는 진정한 역학적 중심에 위치하는가?
• RQ5 보조 핵과 관련된 중간 적외선 및 Hα 방출의 성격은 무엇인가?

주요 결과

• 2.7 초초분 간격으로 두 개의 명확한 속도 분산 피크가 관측되었으며, 주 피크는 K-대역 광학적 피크와 일치하고, 보조 피크는 2.7 초초분 남서쪽에 위치해 있다.
• 각 핵은 자가 평형 상태를 가정한 제인 방정식을 사용하여 5.4 pc 반경 내에서 1.3 × 10⁷ M☉의 역학적 질량을 지닌 것으로 유도되었다.
• 주 핵은 2500만 년에서 6000만 년 전에 발생한 순간적인 별 형성 폭발로 인해 2.5 × 10⁶ M☉의 항성 집단을 포함하고 있다.
• 보조 핵은 중간 적외선 및 Hα 재결합 방출(1.875 µm)이 강하게 관측되었음에도 불구하고 K-대역 방출이 없음을 통해 10 미터 이상의 투명도 손실에 의해 가려져 있음을 증명하였다.
• 보조 핵은 외부 등고선의 대칭 중심과 중간 적외선 바 형태와 정확히 일치하며, 이는 은하의 진정한 역학적 중심임을 시사한다.
• 이 시스템은 바에 의해 유도된 기화의 유입에 의해 구동될 수 있으며, 별 형성이 바를 따라 유도된 것으로, 관측된 중간 적외선 및 Hα 방출과 일치한다.