[논문 리뷰] The black hole mass-bulge mass correlation: bulges versus pseudo-bulges

Jian Hu|ArXiv.org|2009. 08. 14.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 10

한 줄 요약

이 연구는 57개의 동역학적 블랙홀 질량 측정치를 가진 은하에서 이중 차원 이미지 분석(BUDDA)을 사용하여 고전적 붕괴와 허위 붕괴를 구분하면서 블랙홀 질량–붕괴 질량 상관관계를 조사한다. 고전적 붕초와 타원형 은하에서는 엄밀한 $ M_{\text{bh}} \simeq 0.006 M_{\text{s}} $ 또는 $ 0.003 M_{\text{d}} $ 관계를 따르는 반면, 허위 붕초는 고전적 붕초에 비해 질량이 약 10배 작으며, 이는 상호작용 역사를 서로 다르게 한다는 것을 시사한다.

ABSTRACT

We investigate the scaling relations between the supermassive black holes mass (M_bh) and the host bulge mass in elliptical galaxies, classical bulges, and pseudo-bulges. We use two-dimensional image analysis software BUDDA to obtain the structural parameters of 57 galaxies with dynamical M_bh measurement, and determine the bulge K-band luminosities (L_bul,K), stellar masses (M_s), and dynamical masses (M_d). The updated M_bh-L_bul,K, M_bh-M_s, and M_bh-M_d correlations for elliptical galaxies and classical bulges give M_bh~0.006M_s or 0.003M_d. The most tight relationship is log(M_bh/M_sun)=a+b log(M_d/10^11 M_sun), with a=8.46+/-0.05, b=0.90+/-0.06, and intrinsic scatter 0.27 dex. The pseudo-bulges follow their own relations, they harbor an order of magnitude smaller black holes than those in the same massive classical bulges, i.e. M_bh~0.0003M_s or 0.0002M_d. Besides the M_bh-σ(bulge stellar velocity dispersion) relation, these bulge type dependent M_bh-M_bul scaling relations provide information for the growth and coevolution histories of SMBHs and their host bulges. We also find the core elliptical galaxies obey the same M_bh-M_d relation with other normal elliptical galaxies, that is expected in the dissipationless merger scenario.

연구 동기 및 목표

• 고전적 붕초와 허위 붕초 간 $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{bulge}} $ 상관관계가 다른지 조사하기 위해.
• 초거대 블랙홀 질량과 주변 붕초 질량 간 척도관계가 붕초 유형에 따라 달라지는지 판단하기 위해.
• 핵이 있는 타원형 은하가 비핵 타원형 은하와 동일한 $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{d}} $ 관계를 따르는지 확인하여 비열손실 융합 시나리오를 시험하기 위해.
• 고품질 $ K $-대역 이미징과 동역학적 질량 측정치를 사용하여 이전 연구에서의 모순을 해결하기 위해.

제안 방법

• 구조적 매개변수를 확보하기 위해 $ K $-대역 이미지에서 이중 차원 붕초/디스크 분해를 위해 BUDDA 소프트웨어를 적용하였다.
• 57개 은가의 붕초 $ K $-대역 빛의 세기($ L_{\text{bul,K}} $), 항성 질량($ M_{\text{s}} $), 동역학적 질량($ M_{\text{d}} $)을 측정하였다.
• 내재 산란을 고려한 $ \chi^2 $ 피팅을 통해 $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{d}} $ 및 $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{s}} $ 척도관계를 유도하였으며, 피팅 매개변수로 $ \alpha $와 $ \beta $를 사용하였다.
• 이전 연구(MH03, HR04 등)와 일관된 질량 정의와 샘플 선택을 사용하여 결과를 비교하였다.
• 피팅 매개변수의 신뢰구간을 추정하고 붕초 유형 간 차이의 유의성을 평가하기 위해 AB 방법을 사용하였다.
• 핵이 있는 타원형 은하를 별도로 분석하여 비핵 타원형 은하의 $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{d}} $ 관계와 일관되는지 시험하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 허위 붕초는 고전적 붕초와 동일한 $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{bulge}} $ 상관관계를 따르는가?
• RQ2 허위 붕초의 $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{d}} $ 관계는 고전적 붕초와 유의미하게 이격되어 있는가?
• RQ3 핵이 있는 타원형 은하는 비핵 타원형 은하와 동일한 $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{d}} $ 관계를 따르는가? 이는 비열손실 융합 모델이 예측한 바이다.
• RQ4 고전적 붕초와 허위 붕초의 $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{d}} $ 관계의 내재 산란은 얼마인가?
• RQ5 다양한 질량 정의(예: $ M_{\text{d,Ser}} $, $ M_{\text{d,iso}} $) 간 $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{d}} $ 관계는 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 고전적 붕초와 타원형 은하의 $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{d}} $ 관계는 $ \log(M_{\text{bh}}/M_{\odot}) = 8.46 \pm 0.05 + 0.90 \pm 0.06 \times \log(M_{\text{d}}/10^{11} M_{\odot}) $로 가장 잘 기술되며, 내재 산란은 0.27 디엑스이다.
• 허위 붕초는 항성 질량의 약 0.0003배에 해당하는 블랙홀 질량을 지닌다($ M_{\text{bh}} \simeq 0.0003 M_{\text{s}} $), 이는 고전적 붕초보다 약 10배 작다.
• 핵이 있는 타원형 은하의 $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{d}} $ 관계는 비핵 타원형 은하와 구분되지 않으며, 이는 비열손실 융합 시나리오를 지지한다.
• 가장 정밀한 $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{d}} $ 관계의 기울기는 $ \beta = 0.90 \pm 0.06 $이며, 이는 블랙홀 질량과 동역학적 붕초 질량 간 거의 선형적 스케일링을 나타낸다.
• 고전적 붕초의 $ M_{\text{bh}} $–$ L_{\text{bul,K}} $ 및 $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{s}} $ 관계는 $ M_{\text{bh}} \simeq 0.006 M_{\text{s}} $와 일관되며, 더 정밀한 데이터로 이전 결과를 확인한다.
• 이 연구는 고전적 붕초와 허위 붕초 간 $ M_{\text{bh}} $–$ \sigma_{*} $ 관계가 다르며, 이 차이가 $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{bulge}} $ 평면로까지 확장되어 서로 다른 형성 역사를 시사한다.