[논문 리뷰] The ESO Nearby Abell Cluster Survey. XIII. The orbits of the different types of galaxies in rich clusters

A. Biviano, P. Katgert|ArXiv.org|2004. 06. 07.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 56인용 수 67

한 줄 요약

이 연구는 ESO Nearby Abell Cluster Survey에서 확보한 운동학적 및 공간 데이터를 이용하여 빈 혜성단 내 다양한 은하 유형의 궤도 특성을 분석한다. 초기형 은하에서 유도된 질량 프로파일을 기반으로 역제이머 방정식을 풀어, 늦은 형의 은하와 발광선을 방출하는 은하는 외부로 갈수록 증가하는 축방향 비등방성을 보이며, 구조적 비정상성 은하는 탄성 궤도를 선호함을 발견하여, 계층적 혜성단 형성 모델과 일치하는 역학적 진화를 시사한다.

ABSTRACT

We study the orbits of the various types of galaxies observed in the ESO Nearby Abell Cluster Survey. Galaxies within and outside substructures are considered separately. We use the mass profile we determined from the distribution and kinematics of the early-type galaxies (i.e. ellipticals, excluding the brightest ones, and S0s) outside substructures; the latter were assumed to be on isotropic orbits, which is supported by the shape of their velocity distribution. The projected distribution and kinematics of the galaxies of other types are used to search for equilibrium solutions in the gravitational potential derived from the early-type galaxies, using the method described by Binney and Mamon as implemented by Solanes and Salvador-Sole'. For the brightest ellipticals we are not able to construct equilibrium solutions. This is most likely the result of the formation history and the special location of these galaxies at the centres of their clusters. The data for the early spirals allow equilibrium solutions and are consistent with isotropic orbits, although there is an apparent radial anisotropy at about 0.45 r200. For the late spirals an equilibrium solution with isotropic orbits is rejected by the data. The orbits are nearly isotropic within about 0.7 r200, but then become increasingly radial outwards. Finally, the data for the galaxies in substructures indicate that isotropic solutions are not acceptable, and tangential orbits are indicated. We briefly discuss the possible implications of these velocity-anisotropy profiles for current ideas of the evolution and transformation of galaxies in clusters. (Abridged)

연구 동기 및 목표

• 관측된 운동학적 및 공간 분포를 바탕으로 빈 혜성단 내 다양한 은하 유형의 속도 비등방성 프로파일을 결정하기 위해.
• 초기형 은하의 중력잠재력에서 유도된 잠재력 내에서 다양한 은하 유형의 평형 해가 타당한지 검증하기 위해.
• 혜성단 내 은하의 역학적 역사 및 진화 경로를 조사하고, 특히 궤도 비등방성이 변환 과정에서 수행하는 역할을 이해하기 위해.
• 서브구조 내 은하와 늦은 형 은하가 등방성, 축방향 또는 탄성 궤도를 따르는지 평가하고, 이는 혜성단 형성 모델에 어떤 함의를 갖는지 분석하기 위해.

제안 방법

• 관측된 투영된 위상공간 분포와 속도 분산을 기반으로 역제이머 방정식을 사용해 속도 비등방성 프로파일을 유도한다.
• Binney & Mamon의 방법을 Solanes & Salvador-Solé가 구현한 방식을 활용해 비등방성 프로파일 β′(r) = √[⟨v²_r⟩(r)/⟨v²_t⟩(r)]를 해석한다.
• 등방성 궤도를 가진 것으로 가정한 초기형 은하(타원은하 및 S0은하)의 운동학적 및 공간 분포를 기반으로 혜성단 질량 밀도 프로파일을 유도한다.
• 평형 모델에서 예측된 속도 분산 프로파일을 관측된 프로파일과 비교하여 해의 타당성을 검증한다.
• 서브구조 내 은하와 필드 내 은하를 별도로 분석하며, 네 가지 유형으로 나누어 분석한다: 최고 밝은 타원은하, 다른 타원은하/S0은하, 초기 나선은하(Sa–Sb), 늦은 나선은하/불규칙은하/발광선 은하.
• 체계적 오차를 고려하고 N-body 시뮬레이션과 비교함으로써 결과의 강인성을 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 빈 혜성단 내 다양한 은하 유형(예: 늦은 나선은하, 서브구조 은하)의 궤도 비등방성 프로파일은 어떻게 되는가?
• RQ2 은하의 관측된 운동학적 및 공간 분포는 혜성단 잠재력 내 평형 모델과 일치하는가?
• RQ3 최고 밝은 타원은하에서는 왜 평형 해가 도출되지 않으며, 이는 그들의 형성 및 역학적 특성에 대해 어떤 함의를 갖는가?
• RQ4 은하의 궤도 특성은 그들의 진화력사 및 S0은하 또는 소형 구형은하로의 변환 과정과 어떻게 관련되는가?
• RQ5 서브구조 은하의 궤도 비등방성은 혜성단 중심부의 tidal 분해와 질량 분리 현상과 얼마나 관련이 있는가?

주요 결과

• 최고 밝은 타원은하(E_br)에는 평형 해를 구성할 수 없었으며, 이는 중심 위치에 있고 초기 형성 역사를 지녔기 때문일 가능성이 높다.
• 초기형 나선은하(S_e)는 β′ ≈ 1인 등방성 궤도를 따르며, 예상치 않게 약 0.45 r_200 반경에서 축방향 비등방성이 암시될 수 있음.
• 늦은 형 나선은하 및 불규칙은하(S_l)는 반경이 증가함에 따라 증가하는 축방향 비등방성을 보이며, 1.5 r_200에서 β′ ≈ 1.8에 도달하고, 등방성 모델은 99% 이상의 신뢰수준에서 기각된다.
• 서브구조 내 은하는 강력한 탄성 궤도 증거를 보이며, 등방성 해는 기각된다; 비등방성은 가능한 체계적 오차에도 강인하다.
• 관측된 궤도 비등방성 프로파일은 서브구조가 tidal 분해되며 질량 분리되는 계층적 혜성단 형성 모델과 일치한다.
• 결과는 늦은 형 은하가 최근에 유입되어 궤도의 등방성화를 겪고 있으며, 서브구조는 탄성 궤도와 분해로 중심부를 피하는 시나리오를 지지한다.