[논문 리뷰] The Intrinsic Ellipticity of Spiral Disks

David R. Andersen, Matthew A. Bershady|arXiv (Cornell University)|2002. 01. 24.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 위성 3.5m 망원경에서의 DensePak 적층장치 분광법을 이용한 Hα 속도장과 R/I-대역 이미징을 조합하여 28개의 측면에서 볼 수 있는 나선파란 은하의 고유 타원도를 측정하여 운동학적 기울기와 광학적 기울기, 위치각을 비교함으로써, 평균 타원도가 ε̄ = 0.06인 로그노멀 분포를 드러내었다. 이 방법은 타원도와 방향 간의 이중성 문제를 해결하여 내부 흡수 효과가 거의 없는 거의 측면에서 볼 수 있는 은하를 이용해 정밀한 Tully-Fisher 관계를 보정할 수 있으며, 타원도에 의한 산란은 0.44 magnitudes 이내로 매우 작고, 이는 디스크 타원도가 TF 산란에 중요한 기여를 한다는 것을 보여주며, 허브 및 디스크 질량-광도 비율의 변동성을 제약한다.

ABSTRACT

We have measured the distribution of intrinsic ellipticities for a sample of 28 relatively face-on spiral disks. We combine H-alpha velocity fields and R and I-band images to determine differences between kinematic and photometric inclination and position angles, from which we estimate intrinsic ellipticities of galaxy disks. Our findings suggest disks have a log-normal distribution of ellipticities (mean epsilon =0.06) and span a range from epsilon= 0 (circular) to epsilon=0.2. We are also able to construct a tight Tully-Fisher relation for our face-on sample. We use this to assess the contribution of disk ellipticity on the observed Tully-Fisher scatter.

연구 동기 및 목표

• 타원도와 방향 간의 이중성을 제거하는 방법을 사용하여 나선파란 은하의 고유 타원도 분포를 결정하는 것.
• 디스크 타원도가 Tully-Fisher 관계의 산란에 기여하는 정도를 평가하는 것.
• 내부 흡수 효과가 거의 없고 운동학적 정밀도가 높은 거의 측면에서 볼 수 있는 은하를 이용해 Tully-Fisher 관계를 보정하는 것.
• 디스크 타원도가 관측된 Tully-Fisher 산란에 영향을 미치는지 평가하여, 다른 천체물리적 원인에 의한 산란을 제약하는 것.
• 비회전, 일정 타원도를 갖는 허브 잠재력 가정 하에 디스크 성분의 타원도를 모델링하여 어둠의 물질 허브의 타원도를 추정하는 것.

제안 방법

• WIYN 3.5m 망원경에서의 DensePak 적층장치 분광법을 이용해 Hα 속도장을 확보하여 운동학적 기울기와 위치각을 유도하는 것.
• 다양한 망원경에서 확보한 R 및 I-대역 이미징을 이용해 광학적 축비와 위치각을 측정하여, 비틀림과 나선파일 구조에 의한 왜곡을 피하는 것.
• 하이퍼볼릭 탄젠트 속도장 곡선을 가진 단일체, 기울인, 비균일하게 회전하는 디스크 모델을 사용하여 속도장을 피팅함으로써, 기울인 링 모델과 달리 θ > 45°의 모든 앙상크스 데이터를 포함하는 것.
• 운동학적 기울기와 광학적 기울기, 위치각의 차이를 비교하여 고유 디스크 타원도를 고립시키며, 편차가 타원도에 의해 유발된다고 가정하는 것.
• 최대우도 추정법을 통해 ln(εD)에 기반한 파rameter를 사용하여 타원도 분포를 로그노멀 모델로 피팅하는 것.
• 신뢰할 수 있는 광학 측정과 색보정을 수행한 24개의 거의 측면에서 볼 수 있는 은하를 이용해 Tully-Fisher 관계를 구성하고, Courteau(1997)의 결과와 비교하며 잔차의 기여도를 평가하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 측면에서 볼 수 있는 나선파란 은하의 고유 타원도 분포는 무엇이며, 이는 로그노멀 분포로 잘 기술되는가?
• RQ2 디스크 타원도는 Tully-Fisher 관계의 산란에 어느 정도 기여하는가?
• RQ3 단일체 속도장 모델링을 통한 운동학적 기울기를 이용해 거의 측면에서 볼 수 있는 은하의 정밀한 Tully-Fisher 관계를 구성할 수 있는가?
• RQ4 나선파란 디스크의 타원도는 그 기저의 어둠의 물질 허브의 타원도와 어떻게 관련이 있는가?
• RQ5 Tully-Fisher 산란의 몇 퍼센트가 디스크 타원도에 기인하는가? 이는 다른 산란 원인에 대한 제약을 어떻게 제시하는가?

주요 결과

• 나선파란 디스크의 고유 타원도 분포는 평균이 ε̄D = 0.060이고 자연로그 척도에서 표준편차가 0.064인 로그노멀 분포로 잘 맞는다.
• 표본의 평균 운동학적 타원도는 ε̄D = 0.076이며, 범위는 ε = 0(원형)에서 ε = 0.2까지이다.
• 허브 타원도는 ε̄Φ = 0.054로 추정되며, 비회전, 일정 타원도 허브 잠재력 가정 하에 이전 연구들과 일치한다.
• 거의 측면에서 볼 수 있는 표본의 Tully-Fisher 관계는 산란이 단지 0.44 magnitudes 뿐이며, Courteau(1997)의 더 높은 기울기 표본의 0.46 mag 산란과 유사하다.
• 강한 운동학적 비대칭성을 보이는 은하를 제외하면 TF 산란이 0.36 mag로 감소하여, 운동학적 비정상성이 산란의 주요 원인임을 시사한다.
• 디스크 타원도와 Tully-Fisher 산란 사이에 통계적으로 유의미한 상관관계가 발견되어, 타원도가 관측된 산란에 의미 있는 기여를 한다는 것을 보여주며, 질량-광도 비율 변동성과 같은 다른 원인의 제약에 도움이 된다.