[论文解读] The formation of cD galaxies

Antonio Garijo, E. Athanassoula+1 more|arXiv (Cornell University)|May 27, 1997

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用 7

一句话总结

本文利用N体模拟研究了cD星系——具有延伸明亮晕的巨型椭圆星系——的形成机制，表明星系群尺度系统中的引力不稳定性可导致中心星系的增长。关键结果为：仅当初始存在中心质量种子时，才能形成巨型中心星系；最终结构的形态与运动学特性取决于初始各向异性的程度，其中处于virial状态且扩展的系统可产生类似cD星系的分布，包括平坦的速度弥散度和延伸的晕。

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.

研究动机与目标

• 理解cD星系的形成机制，cD星系是具有延伸明亮晕的星系团中最亮的成员。
• 确定星系群尺度系统中的引力不稳定性是否能自然导致巨型中心星系的形成。
• 研究初始条件（如对称性、各向异性和中心质量的存在）对最终中心星系形态与运动学特性的影响。
• 将模拟的中心星系投影性质与实际观测到的cD星系进行比较，特别是表面亮度分布和速度弥散度分布。

提出的方法

• 对具有不同初始条件的星系群进行了N体模拟：球对称各向同性、非球对称各向异性，以及处于virial状态的球对称系统。
• 模拟追踪了系统随时间的动力学演化，重点关注通过并合与质量吸积导致的中心星系增长。
• 分析了中心星系的速度弥散度张量及其形状，以评估各向异性和三轴性。
• 计算并比较了投影表面密度分布与速度弥散度分布，与真实cD星系的观测数据进行对照。
• 系统性地改变初始配置中是否存在中心种子质量，以检验其对中心星系形成是否必要。
• 将最终中心星系的取向与初始系统各向异性的方向进行关联，以评估对齐效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 在无外部种子的条件下，是否可通过星系群尺度N体系统中的引力不稳定性重现cD星系的形成？
• RQ2 初始中心质量（种子）在触发巨型中心星系形成过程中起什么作用？
• RQ3 初始各向异性和星系群几何构型如何影响最终中心星系的形态与运动学特性？
• RQ4 模拟得到的表面亮度分布与速度弥散度分布与实际观测到的cD星系在多大程度上一致？
• RQ5 初始星系群的取向与最终中心星系的取向之间是否存在相关性？

主要发现

• 巨型中心星系的形成取决于初始是否存在中心质量种子；若无，则无法形成此类星系。
• 球对称且处于virial状态的初始条件产生相对圆润、各向同性的中心星系，具有平滑且平坦的速度弥散度分布。
• 非球对称且各向异性的初始条件导致三轴性中心星系，其速度弥散度张量也呈现各向异性。
• 最终中心星系的取向与初始星系群各向异性的方向高度相关。
• 模拟得到的中心星系投影表面密度分布与观测到的cD星系表面亮度分布高度吻合。
• 扩展且处于virial状态的系统可产生具有延伸明亮晕和近乎平坦速度弥散度分布的中心星系，与真实cD星系的关键观测特征一致。