[논문 리뷰] 1.65 micron (H-band) surface photometry of galaxies. IX: photometric and structural properties of galaxies

M. Scodeggio, G. Gavazzi외 4명|ArXiv.org|2002. 02. 01.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 45인용 수 28

한 줄 요약

이 연구는 국부 은하 1,143개에 대한 균일한 H대(1.65 μm) 광도 조사에서 빛의 분포를 모델에 의존하지 않고 연속적인 척도로 측정하는 데 농도 지수 C₃₁를 사용하여 구조적 특성을 특성화한다. 이는 C₃₁와 H대 광도 사이에 강한 비선형 상관관계를 드러내며, 고농도(C₃₁ > 5)는 오직 높은 광도를 가진 은하(L_H > 10¹⁰ L☉)에서만 관찰되며, 광도와 유효 표면 밝기(μₑ) 사이에 단일한 단조적 관계가 존재함을 규명하여 이중 영역 B대 행동을 도전하고 질량에 의존하는 은하 형성 메커니즘을 지지한다.

ABSTRACT

As a result of a systematic NIR H-band (1.65 micron) imaging survey of normal galaxies in the local universe, we are able to measure in a highly homogeneous way photometric and structural properties for a sample of 1143 galaxies. We base our analysis on a quantitative structural parameter, the concentration index C_31, instead of relying on the galaxies' morphological classification. The C_31 parameter provides a model independent, quantitative and continuous characterization of the light distribution within galaxies, and it is thus to be preferred to either the Hubble type or a parameter like the bulge-to-disk or bulge-to-total light ratio. We find that galaxies can be completely described by three parameters, namely: a scale parameter (the H-band luminosity), a shape parameter (the concentration index C_31) and a colour parameter (e.g. the B-H colour). At low luminosity dEs and dIs, having similar C_31, are colour-discriminated, while at very high luminosity different C_31 discriminate S0s from Scs, otherwise undistinguishable on the basis of their colour. A single, monotonic relation exists between luminosity and mu_e in the H-band, as opposed to the two separate regimes that are generally observed in the B-band. As NIR luminosity traces quite accurately the galaxy mass distribution, this relation re-enforces the indication in favour of a scale-dependent mass collapse mechanism which produces higher surface-brightness and more centrally peaked galaxies with increasing mass. However, the presence of high-luminosity low-C_31 galaxies hints at other machanisms and physical properties (such as angular momentum) playing an important role in galaxy formation. (abridged)

연구 동기 및 목표

• 근적외선(H대) 표면 광도 측정에 기반하여 형태학적 유형에 의존하지 않는 균일하고 정량적인 은하 분류 체계를 수립하는 것.
• 은하 질량(역으로 H대 광도로)이 빛의 농도 및 표면 밝기와 같은 구조적 특성에 미치는 영향을 조사하는 것.
• H대 표면 밝기–광도 관계가 잘 알려진 이중 영역 B대 관계와 다를지 여부를 확인하고, 은하 형성 메커니즘에 대한 함의를 평가하는 것.
• 伝통적인 형태학적 또는 부두대비비율 분류와 비교해 C₃₁가 연속적이고 모델에 의존하지 않는 구조적 파라미터로서의 효과를 평가하는 것.
• 은하 질량, 별 형성 역학, 각운동량 간의 상호작용이 구조적 다양성을 결정짓는 데 어떤 영향을 미치는지 탐색하는 것.

제안 방법

• 국부 우주에 속한 1,143개 은하(바이로 클러스터, 그레이트 월, 고립된 집단 포함)에 대한 체계적인 H대(1.65 μm) 영상 조사 수행.
• 빛의 총 광도의 75%와 25%를 둘러싸는 반경의 비율로 농도 지수 C₃₁를 정의하여 빛의 농도를 모델에 의존하지 않고 연속적인 척도로 측정.
• 근적외선 빛과 은하 내 별질량의 상관관계를 고려해 H대 광도를 은하 질량의 대체 척도로 사용.
• C₃₁와 총 H대 광도 사이의 관계, 유효 표면 밝기(μₑ)와 광도 사이의 관계를 분석하고, 광학(B대) 연구 결과와 비교.
• 은하 별성 인구 특성과 별 형성 역학을 해소하기 위해 B–H 색을 은하 별성 인구 특성의 대체 척도로 사용.
• H대 구조 관계를 B대와 비교하여, 특히 표면 밝기–광도 관계에 초점을 맞춰 먼지와 최근 별 형성의 영향을 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 농도 지수 C₃₁는 H대 광도와 어떻게 상관관계를 가지며, 이 관계는 은하 광도 함수 전반에 걸쳐 비선형적 특성을 보일까?
• RQ2 H대 표면 밝기–광도 관계는 단일 연속 관계를 따르는가, 아니면 광학 대역에서 관찰된 것과 같이 다중 영역을 보일까?
• RQ3 C₃₁가 광도와 색과 함께 조합될 때만이 은하의 구조적 다양성을 완전히 기술할 수 있으며, 기존 허블 유형 분류와 비교해 어떤가?
• RQ4 먼지 투과도와 지속적인 별 형성은 광학 대비 적외선 대역에서 유도된 구조적 파라미터에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 질량(L_H로 측정), 농도(C₃₁), 표면 밝기(μₑ) 간의 관측된 상관관계는 은하 형성과 진화를 이끄는 물리적 메커니즘에 대해 어떤 함의를 갖는가?

주요 결과

• 농도 지수 C₃₁는 H대 광도와 강한 비선형 상관관계를 보이며, C₃₁ > 5는 오직 L_H > 10¹⁰ L☉인 은하에서만 관찰되어 고농도는 상당한 질량이 필요함을 시사한다.
• L_H < 10¹⁰ L☉인 은하는 C₃₁ < 3을 보이며, 낮은 질량 시스템(왜소 불규칙 은하 및 dEs)은 형태에 관계없이 중심 농도가 없음을 나타낸다.
• H대 광도와 유효 표면 밝기(μₑ) 사이에는 단일한 단조적 관계가 존재하며, B대에서 관찰된 이중 영역 행동과 대조된다. 이는 근적외선 영역에서 μₑ가 척도 불변 파rameter가 아니라는 것을 시사한다.
• H대 표면 밝기–광도 관계는 B–V 또는 B–H 관계보다 훨씬 기울어져 있으며, 낮은 B–V 색에서 평탄한 영역이 없어 별 형성과 먼지로 인한 혼동이 감소함을 나타낸다.
• 고광도이지만 C₃₁가 낮은 은하(예: 부두가 없는 Sc 나선 은하)는 질량만으로는 농도를 예측할 수 없음을 보여주며, 각운동량과 형성 역학이 결정적인 역할을 함을 시사한다.
• H대 광도, C₃₁, B–H 색의 조합은 은하의 완전한 3차원 기술을 가능하게 하며, 형태적으로 유사한 시스템(낮은 광도에서 dEs 대 dIs, 높은 광도에서 S0s 대 Scs) 간의 구별이 가능하다.