[논문 리뷰] The Black Hole Mass of Abell 1836-BCG and Abell 3565-BCG

E. Dalla Bontà, Laura Ferrarese외 4명|ArXiv.org|2007. 06. 13.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 허블 우주 망원경의 ACS 및 STIS 데이터를 사용하여 이온화된 기체 운동학을 모델링함으로써 두 개의 가장 밝은 은하군 중심은하(BCG), Abell 1836-BCG와 Abell 3565-BCG의 초거대 블랙홀 질량을 역학적으로 측정한다. 이는 각각 $4.8^{+0.8}_{-0.7} imes 10^9\,M_\odot$ 및 $1.3^{+0.3}_{-0.4} imes 10^9\,M_\odot$의 블랙홀 질량을 발견하였으며, Abell 1836-BCG는 현재까지 역학적으로 측정된 바 가장 질량이 큰 블랙홀을 보유하고 있다.

ABSTRACT

Two brightest cluster galaxies (BCGs), namely Abell 1836-BCG and Abell 3565-BCG, were observed with the Advanced Camera for Surveys (ACS) and the Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) on board the Hubble Space Telescope. By modeling the available photometric and kinematic data, it resulted that the mass of Abell 1836-BCG and Abell 3565-BCG are M_bh=4.8(+0.8,-0.7)x10^9 M_sun and M_bh=1.3(+0.3,-0.4)x10^9 M_sun at 1 sigma confidence level, respectively.

연구 동기 및 목표

• 두 개의 가장 밝은 은하군 중심은하(BCG), Abell 1836-BCG와 Abell 3565-BCG의 초거대 블랙홀 질량을 고해상도 허블 우주 망원경 데이터를 사용하여 측정하는 것.
• 지역 우주에서 가장 질량이 큰 블랙홀이 기대되는 BCG에서, $M_\bullet - \sigma$ 및 $M_\bullet - L_{\text{bulge}}$와 같은 기존의 스케일링 관계를 따르는지 테스트하는 것.
• BCG의 고유한 형성력사와 높은 융합 활동으로 인해 표준 블랙홀 스케일링 관계에서 벗어나지 않는지 평가하는 것.
• 광학적 및 속도 분산 데이터로부터의 간접 질량 추정치의 모순을 해결하기 위해 이온화된 기체 운동학을 활용한 정밀한 역학적 질량 측정을 제공하는 것.

제안 방법

• 세 개의 필터를 사용한 고해상도 이미징을 통해 허블 우주 망원경의 고급 캠코더를 위한 표면(ACS)을 사용하여 별 빛과 먼지 분포를 매핑하는 것.
• 0.′′1 너비의 슬릿을 사용한 우주선 이미징 분광계(스티스)를 통해 주축 및 오프셋 위치를 따라 이온화된 기체 운동학을 측정하는 것.
• 별과 중심 블랙홀의 병합 중력 포텐셜 하에서 원형 궤도를 따르는 얇은 디스크를 가정하여 이온화된 기체 운동학을 모델링하는 것.
• 관측 조건(PSF, 전하 유출, 슬릿 기하학 등)을 반영하기 위해 합성 속도장이 투영되고 왜곡된 것.
• 블랙홀 질량 $M_\bullet$, 별 질량-광도 비율 $(M/L)_\star$, 디스크 기울기 $i$를 변화시킨 3차원 모델 격자를 탐색하고, $\chi^2$ 최소화를 통해 최적의 맞춤을 찾는 것.
• 속도 분산 프로파일은 $\sigma(r) = \sigma_0 + \sigma_1 e^{-r/r_\sigma}$의 반경 함수로 모델링하였으며, 관측치와 일치하도록 매개변수를 조정한 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Abell 1836-BCG의 역학적으로 측정된 초거대 블랙홀 질량은 얼마이며, Marconi & Hunt (2003)의 $M_\bullet - L_{\text{bulge}}$ 관계 예측을 초과하는가?
• RQ2 Abell 3565-BCG의 블랙홀 질량은 $M_\bullet - \sigma$ 및 $M_\bullet - L_{\text{bulge}}$ 스케일링 관계에 의해 예측된 값과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 BCG에서 가장 질량이 큰 블랙홀들은 덜 질량이 큰 은하들과 같은 스케일링 관계를 따르는가, 아니면 별개의 집단을 형성하는가?
• RQ4 Abell 1836-BCG의 질량에 관측된 모순은 $M_\bullet - L_{\text{bulge}}$ 관계의 이탈 때문인가, 아니면 측정 불확도와 환경적 영향과 일치하는가?

주요 결과

• Abell 1836-BCG의 블랙홀 질량은 1σ 신뢰수준에서 $4.8^{+0.8}_{-0.7} \times 10^9\,M_\odot$로 측정되었으며, 이는 현재까지 역학적으로 측정된 바 가장 질량이 큰 블랙홀이다.
• Abell 3565-BCG의 블랙홀 질량은 1σ 신뢰수준에서 $1.3^{+0.3}_{-0.4} \times 10^9\,M_\odot$로 측정되었으며, $M_\bullet - L_{\text{bulge}}$ 관계와 일치한다.
• Abell 1836-BCG의 블랙홀 질량는 Marconi & Hunt (2003)의 예측값인 $8.9 \times 10^8\,M_\odot$보다 유의미하게 높아, 고질량 영역에서의 관계 이탈 가능성을 시사한다.
• Abell 1836-BCG의 이온화된 기체 디스크 기울기는 $76 \pm 1^\circ$이며, 별 질량-광도 비율은 $\leq 4.0\,(M/L)_\odot$로 제약되어 있어 저질량-광도 비율의 별 집단과 일치한다.
• Abell 3565-BCG의 경우 최적의 맞춤 모델에서 기울기는 $50 \pm 1^\circ$, 별 질량-광도 비율은 $9.0 \pm 0.8\,(M/L)_\odot$로 도출되었으며, 이는 더 질량이 큰 별 성분을 시사한다.
• 결과는 대부분의 $M_\bullet > 10^9\,M_\odot$인 은하들이 $M_\bullet - L_{\text{bulge}}$ 관계에 따라 배치되어 있음에도 불구하고, Abell 1836-BCG는 이례적인 경우이며, 고질량 영역에서 스케일링 관계의 보편성에 대한 의문을 제기한다.