[논문 리뷰] The formation of cD galaxies

Antonio Garijo, E. Athanassoula외 1명|arXiv (Cornell University)|1997. 05. 27.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 1인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 N-body 시뮬레이션을 사용하여 빛나는 허브를 가진 거대한 타원은하인 cD 은하의 형성 메커니즘을 조사한다. 그 결과, 군 규모 시스템에서의 중력 불안정성이 중심 은하의 성장을 이끌어낸다. 핵심 결과는 오직 초기 중심 뿌리 질량이 존재할 때에만 거대한 중심 은하가 형성되며, 최종 구조의 형태와 운동학적 특성은 초기 이방성에 따라 달라지며, 비틀림이 있는 확장된 군은 cD 유사 프로파일을 만들어내며, 속도 분산이 평탄하고 허브가 확장된 특성을 띤다.

ABSTRACT

We present N-body simulations of groups of galaxies with a number of very different initial conditions. These include spherical isotropic, nonspherical anisotropic collapses and virialised spherical systems. In all cases but one the merging instability leads to the formation of a giant central galaxy in the center of the group. The initial conditions of the exception are such that no galaxies are present in the central part of the group. Thus some central seed of material is necessary to trigger the formation of a giant central galaxy. We concentrate on the properties of these giant central galaxies. Spherical virialised systems give rise to relatively round and isotropic systems, while aspherical initial conditions give rise to triaxial objects with anisotropic velocity dispersion tensors. In the latter cases the orientation of the resulting central galaxy is well correlated with that of the initial cluster. We compare the projected properties of the objects formed with the properties of real brightest cluster member galaxies. The surface density profiles are in good agreement with the observed surface brightness profiles. In the case of extended virialised groups the projected properties of the giant central galaxy are the same as the properties of cD galaxies. These include a halo of luminous material and a nearly flat velocity dispersion profile.

연구 동기 및 목표

• cD 은하의 형성 메커니즘을 이해하기 위해, 빛나는 허브를 가진 가장 밝은 클러스터 성원인 cD 은하의 형성 원리를 연구한다.
• 군 규모 시스템에서의 중력 불안정성이 자연스럽게 거대한 중심 은하의 형성으로 이어지는지 여부를 규명한다.
• 초기 조건(대칭성, 이방성, 중심 질량 유무 등)이 최종 중심 은하의 형태와 운동학적 특성에 미치는 영향을 조사한다.
• 모의된 중심 은하의 투영 특성(표면 밀도 및 속도 분산 프로파일 등)을 관측된 cD 은하와 비교한다.

제안 방법

• 다양한 초기 조건(구형 등방성, 비구형 이방성, 비틀림이 있는 구형 시스템)을 가진 은하 군에 대해 N-body 시뮬레이션을 수행하였다.
• 시뮬레이션은 시간에 따라 군의 천체 역학적 진화를 추적하였으며, 중심 은하의 융합 및 질량 축적에 의한 성장을 중점적으로 분석하였다.
• 중심 은하의 속도 분산 텐서와 형태를 분석하여 이방성과 삼축성의 정도를 평가하였다.
• 관측 데이터와 비교하기 위해 투영된 표면 밀도 및 속도 분산 프로파일을 계산하였다.
• 초기 조건에서 중심 뿌리 질량이 존재하는지 여부를 체계적으로 변화시켜 중심 은하 형성에 필수적인지 테스트하였다.
• 최종 중심 은하의 방향과 초기 군의 이방성 방향 간 상관관계를 분석하여 정렬 효과를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 외부 뿌리 없이도 군 규모 N-body 시스템에서 중력 불안정성이 cD 은하의 형성에 재현 가능한가?
• RQ2 초기 중심 질량(뿌리)이 거대한 중심 은하 형성에 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 초기 이방성과 군의 기하학적 형태가 최종 중심 은하의 형태와 운동학적 특성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 모의된 표면 밀도 및 속도 분산 프로파일이 관측된 cD 은하와 얼마나 유사한가?
• RQ5 초기 군의 방향과 최종 중심 은하의 방향 간 상관관계가 존재하는가?

주요 결과

• 거대한 중심 은하 형성은 초기 중심 뿌리 질량의 존재에 의존하며, 이 뿌리가 없으면 그러한 은하가 형성되지 않는다.
• 구형이며 비틀림이 있는 초기 조건은 비교적 둥근 등방성 중심 은하를 만들어내며, 매끄럽고 평탄한 속도 분산 프로파일을 띤다.
• 비구형이며 이방성인 초기 조건은 삼축성 중심 은하와 이방성 속도 분산 텐서를 초래한다.
• 최종 중심 은하의 방향은 초기 군의 이방성 방향과 잘 상관된다.
• 모의된 중심 은하의 투영 표면 밀도 프로파일은 관측된 cD 은하의 표면 빛 밀도 프로파일과 매우 유사하다.
• 확장된 비틀림이 있는 군은 확장된 빛나는 허브와 거의 평탄한 속도 분산 프로파일을 가진 중심 은하를 생성하며, 실제 cD 은하의 주요 관측 특성과 일치한다.