[论文解读] Formation of S0 galaxies through mergers. Bulge-disc structural coupling resulting from major mergers

Miguel Querejeta, M. C. Eliche‐Moral+5 more|Sep 17, 2014

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 118被引用 43

一句话总结

本研究通过耗散性N体模拟表明，大质量并合可以产生具有现实盘-核结构耦合的S0星系——此前认为这与并合驱动形成机制不相容。尽管并合破坏了原初结构，但大质量并合在约35亿年内重建了结构耦合，形成具有观测到的B/T、re、hd和n < 2轮廓的残余星系，与真实S0星系一致，包括无需棒状结构参与的伪核球。

ABSTRACT

Observations reveal a strong structural coupling between bulge and disc in S0 galaxies, which seems difficult to explain if they have formed from supposedly catastrophic events such as major mergers. We face this question by quantifying the bulge-disc coupling in dissipative simulations of major and minor mergers that result in realistic S0s. We have studied the dissipative N-body binary merger simulations from the GalMer database that give rise to realistic, relaxed E/S0 and S0 remnants (67 major and 29 minor mergers). We simulate surface brightness profiles of these S0-like remnants in the K-band, mimicking typical observational conditions, to perform bulge-disc decompositions analogous to those carried out in real S0s. The global bulge-disc structure of these remnants has been compared with real data, and they distribute in the B/T - r_e - h_d parameter space consistently with real bright S0s, where B/T is the bulge-to-total luminosity ratio, r_e is the bulge effective radius, and h_d is the disc scalelength. Major mergers can rebuild a bulge-disc coupling in the remnants after having destroyed the structures of the progenitors, whereas minor mergers directly preserve them. Remnants exhibit B/T and r_e/h_d spanning a wide range of values, and their distribution is consistent with observations. Many remnants have bulge Sersic indices ranging 1

研究动机与目标

• 检验大质量与小质量并合是否能再现S0星系中观测到的核-盘结构耦合。
• 解决S0星系中强核-盘耦合与大质量并合破坏性本质之间的明显矛盾。
• 确定S0星系中的伪核球是否可通过并合形成，而无需依赖内部缓慢过程（如棒驱动演化）。
• 在光度参数空间（B/T、re、hd）中比较模拟的S0类残余星系与真实S0星系。

提出的方法

• 利用GalMer数据库中的耗散性N体并合模拟（67次大质量、29次小质量并合），生成了稳定椭圆星系/S0星系及S0类残余星系。
• 在典型观测条件下模拟残余星系的K波段面亮度轮廓，以支持光度核-盘分解。
• 应用标准核-盘分解技术（如GALFIT）提取核球的B/T、re、hd和Sérsic指数n。
• 将模拟残余星系的结构参数与NIRS0S巡天中真实S0星系在B/T–re–hd参数空间中进行比较。
• 在必要时考虑额外成分（如嵌入盘）以提高拟合的真实性。
• 追踪结构参数随时间的演化，以评估弛豫 timescales 及特征的长期稳定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 大质量并合能否产生具有与真实S0星系中观测到的核-盘结构耦合一致的S0类残余星系？
• RQ2 并合残余星系是否表现出与观测到的S0星系一致的B/T、有效半径（re）和盘尺度长度（hd）值？
• RQ3 在S0类残余星系中，伪核球（n < 2，B/T < 0.4）能否通过大质量并合形成，而无需依赖棒驱动的缓慢演化？
• RQ4 并合残余星系中年轻嵌入盘的存在如何影响核球结构拟合与Sérsic指数测量？
• RQ5 S0星系中的核-盘耦合是否与并合起源相容，还是排除了并合作为形成机制？

主要发现

• 大质量与小质量并合产生的S0类残余星系在B/T–re–hd参数空间中的分布与NIRS0S巡天中真实明亮S0星系一致。
• 尽管恒星质量范围较窄，残余星系在B/T、re、hd和re/hd值上覆盖了广泛范围，涵盖一个数量级的观测参数空间。
• 约64%的大质量并合残余星系和100%的小质量并合残余星系的核球Sérsic指数处于1 < n < 2范围内，与真实S0星系中的观测趋势一致。
• 约一半的大质量并合残余星系因年轻、星形成活跃的内盘导致拟合中n值人为偏低（n ≈ 1），但这些特征预计在约2–30亿年内趋于弛豫。
• 残余星系中存在盘状结构与低n核球表明，伪核球可在大质量并合中形成，而无需依赖棒或缓慢演化过程。
• 大质量并合可在破坏原初结构后重建核-盘耦合，而小质量并合则保留原有耦合，表明耦合是并合物理的基本结果。