[论文解读] The ESO Nearby Abell Cluster Survey. XIII. The orbits of the different types of galaxies in rich clusters

A. Biviano, P. Katgert|ArXiv.org|Jun 7, 2004

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 56被引用 67

一句话总结

本研究利用欧洲南方天文台近邻阿贝尔星系团巡天（ENACS）的运动学与空间数据，分析富星系团中不同类型星系的轨道特性。通过求解基于早期型星系质量分布的反向詹森方程，发现晚期旋涡星系和发射线星系表现出向外增加的径向各向异性，而亚结构星系则倾向于切向轨道，表明其动力学演化与分层星系团形成模型一致。

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)

研究动机与目标

• 利用观测到的运动学与空间分布，确定富星系团中不同类型星系的速度各向异性分布函数。
• 检验基于早期型星系引力势场导出的平衡解对各类星系的有效性。
• 研究星系在星系团中的动力学历史与演化路径，特别是轨道各向异性在星系转化过程中的作用。
• 评估亚结构中星系与晚型星系是否处于各向同性、径向或切向轨道，并探讨其对星系团形成模型的启示。

提出的方法

• 使用反向詹森方程，从观测到的投影相空间分布与速度弥散度推导速度各向异性分布函数。
• 采用Binney与Mamon的方法，由Solanes与Salvador-Solé实现，求解各向异性分布函数 β′(r) = √[⟨v²_r⟩(r)/⟨v²_t⟩(r)]
• 从假设处于各向同性轨道的早期型星系（椭圆星系与S0星系）的运动学与空间分布，推导星系团质量密度分布函数。
• 将平衡模型预测的速度弥散度分布与实际观测结果进行比较，以验证解的有效性。
• 将亚结构中的星系与场星系分开分析，区分四类：最亮椭圆星系、其他椭圆星系/S0星系、早型旋涡星系（Sa–Sb）、晚型旋涡星系/不规则星系/发射线星系。
• 通过考虑系统误差并对比N体模拟，检验结果的稳健性。

实验结果

研究问题

• RQ1 富星系团中不同类型星系（如晚型旋涡星系、亚结构星系）的轨道各向异性分布函数为何？
• RQ2 星系的观测运动学与空间分布是否与星系团势场中的平衡模型一致？
• RQ3 为何最亮椭圆星系无法获得平衡解？这对其形成与动力学特性有何启示？
• RQ4 星系的轨道特性如何与其演化历史及向S0星系或矮椭圆星系的转化相关？
• RQ5 亚结构星系的轨道各向异性在多大程度上反映了星系核区的潮汐剥离与质量分异？

主要发现

• 最亮椭圆星系（E_br）无法构建平衡解，可能由于其位于星系团中心且形成历史较早。
• 早型旋涡星系（S_e）除在 ≈ 0.45 r_200 处可能表现出径向各向异性外，其余区域与各向同性轨道一致（β′ ≈ 1）。
• 晚型旋涡星系与不规则星系（S_l）表现出随半径增加的径向各向异性，在 1.5 r_200 处达到 β′ ≈ 1.8，各向同性模型在 >99% 置信水平下被拒绝。
• 亚结构星系（Subs）表现出强烈的切向轨道证据，各向同性解被拒绝；尽管存在可能的系统误差，其各向异性仍具稳健性。
• 观测到的轨道各向异性分布与分层星系团形成模型一致，即亚结构经历潮汐剥离与质量分异。
• 结果支持如下情景：晚型星系为近期落入星系团的星系，正在经历轨道各向同性化过程；而亚结构星系因切向轨道与破坏作用，避免进入星系团核心。