[論文レビュー] The Inner Workings of Early-Type Galaxies: Cores, Nuclei and Supermassive Black Holes (Including a Critical Comparison of Nuker and core-Sersic/Sersic models)

Laura Ferrarese, Patrick Côté+4 more|arXiv (Cornell University)|Dec 6, 2006

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、アダムス・ヴァルゴ・クラスターズ調査（ACSVCS）のハッブル宇宙望遠鏡（HST）データを用いて、初期期銀河の表面輝度プロファイルのフィットに、コア-セールスィックおよびセールスィックモデルと比較してヌカー・モデルの妥当性を検証する。コア-セールスィックおよびセールスィックモデルは、パーセクからキロパーセクのスケールにわたり、ヌカー・モデルよりも優れたフィットを示し、小スケール解像度および大スケールのカーブチャージャー表現の両面で優位である。また、これらのモデルが不自然な核的特徴を導入するという主張を反証する。

ABSTRACT

Recent years have seen dramatic progress in the study of the core and nuclear properties of galaxies. The structure of the cores has been shown to vary methodically with global and nuclear properties, as cores respond to the mechanisms by which galaxies form/evolve. The dynamical centers of galaxies have been found capable of hosting two seemingly disparate objects: supermassive black holes (SBHs) and compact stellar nuclei. In a drastic departure from previous beliefs, it has been discovered that both structures are common: galaxies lacking SBHs and/or stellar nuclei are the exception, rather than the norm. This review explores the connection between cores, SBHs and stellar nuclei in early-type galaxies, as revealed by the ACS Virgo Cluster Survey. We find that, from parsec to kiloparsec scales, the surface brightness profiles of early-type galaxies are well described by a Sersic model -- a parametrization that is shown to be preferable to the so called `Nuker' model. Relative to the inward extrapolation of the best fitting Sersic model, the profiles within the inner few tens of parsecs transition from luminosity `deficits', in the brightest (M_B < ~-20) galaxies, to luminosity `excesses' in the faintest. The compact stellar nuclei responsible for such luminosity excesses comprise approximatively 0.2% of the total galactic mass. Remarkably, this is the same fraction believed to reside in the SBHs, which are predominantly found in the brightest galaxies showing luminosity deficits.

研究の動機と目的

• 初期期銀河における表面輝度プロファイルの最も正確なパラメータ化を解明すること。
• 広く用いられてきたが、小スケールおよび大スケールのプロファイル曲率のフィットに限界を示すヌカー・モデルの妥当性に疑問を呈すること。
• コア-セールスィックおよびセールスィック・モデルが、パーセクからキロパーセクのスケールにわたる銀河プロファイルの全径方向拡がんをよりよく記述できることを示すこと。
• ラウアーら（2006年）が主張する「コア-セールスィック・モデルは不自然な核的特徴を生じる」という主張を反証し、その批判が誤ったデータ比較およびPSF不一致に起因することを示すこと。
• セールスィック＋キングの拡張を用いて核を含む成分を組み込むことで、核を持つ銀河におけるプロファイル・フィッティングが向上することを確立すること。

提案手法

• 100個の初期期銀河に対して一様で高信号対ノイズ比、マルチバンドの高解像度HST/ACS画像を提供する、ACSヴァルゴ・クラスターズ調査（ACSVCS）のデータを用いる。
• パーセクからキロパーセクのスケールにわたり、非核銀河では3パラメータ、核成分をキング分布で含む場合は6パラメータを用いて、コア-セールスィックおよびセールスィック・モデルによる表面輝度プロファイルのフィットを実施する。
• ヌカー・モデル（内側/外側のパワーロウがブレイク半径で接続される）とコア-セールスィック／セールスィック・モデルを、同一のデータを用いて直接比較し、公平なモデル評価を実現する。
• 先行研究で用いられた復元されたWFPC1/WFPC2画像ではなく、モデル自身のデータとの比較により、PSF不一致を是正する。
• フィットされたモデルの残差を分析し、系統的なずれを特定。ヌカー・フィットにS字型のシグネチャーが見られるのは、カーブチャージャーへの不適切なフィットの証左である。
• 動的範囲およびデータ品質への感受性をテストすることで、モデルの頑健性を評価。ヌカー・モデルは動的範囲が限定されており、S/Nが低い場合に偏りを示すことが判明した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コア-セールスィック・モデルは、パーセクからキロパーセクのスケールにわたり、ヌカー・モデルよりも初期期銀河の表面輝度プロファイルに優れたフィットを提供するか？
• RQ2 ラウアーら（2006年）が主張する「コア-セールスィック・モデルは不自然な核的特徴を生じる」という主張は妥当か、それとも誤ったデータ比較に基づくものか？
• RQ3 信号対ノイズ比、空間解像度、および径方向範囲の違いといったデータ品質の差が、ヌカー・モデルのフィットの信頼性にどのように影響するか？
• RQ4 ヌカー・モデルはどの程度、キロパーセクスケールでの銀河プロファイルの連続的カーブチャージャーを捉えられておらず、そのモデル解釈にどのような影響を及えるか？
• RQ5 セールスィック・フレームワーク内にキング分布による核成分を組み込むことで、核を持つ銀河における表面輝度プロファイルのフィッティング精度はどの程度向上するか？

主な発見

• コア-セールスィックおよびセールスィック・モデルは、パーセクからキロパーセクのスケールにわたる全径方向範囲において、ヌカー・モデルよりも顕著に優れたフィットを示す。
• ヌカー・モデルはキロパーセクスケールでの銀河プロファイルの連続的カーブチャージャーを再現できず、そのパラメータはデータの径方向範囲に敏感であり、物理的解釈を損なう。
• ラウアーら（2006年）が主張した「コア-セールスィック・モデルは不自然な核的特徴を生じる」という批判は誤りである。この批判はPSF不一致および復元されたWFPC1/WFPC2画像への不適切な比較に起因し、無効である。
• 核を持つ銀河では、ヌカー・モデルは核成分と背景銀河成分が混ざり合い、S字型の残差が観測され、フィットが損なわれるが、セールスィック＋キング・モデルはこれらを正確に分離できる。
• ACSVCSサンプルは、優れた解像度、均一性、マルチバンドデータ、および広い径方向カバレッジを有するため、ラウアーらが用いた不均一で低S/Nのサンプルよりも、プロファイル解析の基盤としてより信頼性が高いか。
• コア-セールスィックおよびセールスィック・モデルは、ヌカー・モデルよりもバイアスが少なく、自由パラメータ数も少ない（3つまたは6つ）ため、初期期銀河コアの特徴づけにおいてより頑健で物理的に解釈可能なモデルである。