[论文解读] Scalings between Physical and their Observationally related Quantities of Merger Remnants

H. Aceves, Héctor Velázquez|Redalyc (Universidad Autónoma del Estado de México)|Sep 7, 2005

Diverse Scientific and Engineering Research参考文献 4被引用 3

一句话总结

本文研究了无耗散N体模拟中旋涡星系并合的物理量与可观测物理量之间的标度关系。结果发现存在强烈的同质性偏离，标度指数 α ≈ 1.51–2.35，β ≈ 0.13–0.27，γ ≈ 0.69–0.76，具体取决于拟合方法和轮廓类型，表明并合残骸违反了在平衡系统中预期的结构和运动同质性。

ABSTRACT

We present scaling relations between the virial velocity (V) and the one-dimensional central velocity dispersion (Sig0); the gravitational radius (Rv) and the effective radius (Re); and the total mass (M) and the luminous mass (ML) found in N-body simulations of binary mergers of spiral galaxies. These scalings are of the form V^2 ~ Sig0^alpha, Rv ~ Re^beta and M ~ ML^gamma. The particlar values obtained for (alpha,beta,gamma) depend on the method of fitting used [ordinary least-squares (ols) or orthogonal distance regression (odr)], the assumed profile [de Vaucouleurs (deV) or Sersic (S)], and the size of the radial interval where the fit is done. The alpha and gamma indexes turn out more sensitive to the fitting procedure, obtaining for the ols a mean alpha_ols=1.51 and gamma_ols=0.69, while for the odr alpha_odr=2.35 and gamma_odr=0.76. The beta index depends more on the adopted type of profile, with beta_deV=0.13 and beta_S=0.27. We conclude that dissipationless formed remnants of mergers have a strong breaking of structural and kinematical homology.

研究动机与目标

• 确定并合残骸中物理量（virial速度、引力半径、总质量）与其观测对应量（中心速度弥散、有效半径、光度质量）之间的标度关系。
• 评估拟合方法（OLS与ODR）和假设的光度轮廓（de Vaucouleurs与Sérsic）对推导出的标度指数的影响。
• 研究通过无耗散过程形成的并合残骸是否满足结构同质性和运动同质性。
• 量化模拟残骸中非同质性的程度，及其对椭圆星系动力学质量估计的影响。

提出的方法

• 使用无耗散的N体方法模拟旋涡星系的双星并合，重点在于能量和动量守恒。
• 计算物理量：virial速度 $V$，引力半径 $R_{\rm v}$，总质量 $M$；以及观测代理量：中心速度弥散 $\sigma_0$，有效半径 $R_{\rm e}$，光度质量 $M_{\rm L}$。
• 应用两种拟合技术：普通最小二乘法（OLS）和正交距离回归（ODR），以确定 $V^2 \propto \sigma_0^\alpha$，$R_{\rm v} \propto R_{\rm e}^\beta$，$M \propto M_{\rm L}^\gamma$ 中的标度指数 $\alpha$，$\beta$，$\gamma$。
• 测试指数对径向拟合区间和假设光度轮廓（de Vaucouleurs或Sérsic）的敏感性。
• 使用ODR以最小化到拟合直线的垂直距离，考虑两个变量中的误差，尤其适用于无明确自变量/因变量关系的情况。
• 通过散点矩阵的特征值分解确定ODR中的最优直线，确保在两个变量均存在不确定性时拟合的稳健性。

实验结果

研究问题

• RQ1 并合残骸中物理量与观测量之间的标度关系在多大程度上依赖于所用的拟合方法（OLS与ODR）？
• RQ2 标度指数 $\alpha$，$\beta$，$\gamma$ 在多大程度上随假设的光度轮廓（de Vaucouleurs与Sérsic）而变化？
• RQ3 标度指数对所选拟合径向区间的敏感性如何？
• RQ4 无耗散并合残骸是否表现出结构同质性和运动同质性，如标准标度关系（如基本平面）所暗示的那样？
• RQ5 并合残骸中非同质性的后果对椭圆星系动力学质量估计有何影响？

主要发现

• 对于 $V^2 \propto \sigma_0^\alpha$ 的标度指数 $\alpha$，其对拟合方法极为敏感，$\langle\alpha\rangle_{\rm ols} = 1.51$，$\langle\alpha\rangle_{\rm odr} = 2.35$，表明同质性存在强烈偏离。
• 对于 $M \propto M_{\rm L}^\gamma$ 的指数 $\gamma$ 同样依赖于拟合方法，$\langle\gamma\rangle_{\rm ols} = 0.69$，$\langle\gamma\rangle_{\rm odr} = 0.76$，表明非线性、次线性标度。
• 对于 $R_{\rm v} \propto R_{\rm e}^\beta$ 的指数 $\beta$ 对所假设的光度轮廓最敏感，$\langle\beta\rangle_{\rm deV} = 0.13$，$\langle\beta\rangle_{\rm S} = 0.27$，表明对有效半径的依赖性微弱。
• 结果表明无耗散并合残骸中存在强烈的结构和运动同质性破坏，与标准标度关系中的同质性假设相矛盾。
• 本研究证实，拟合方法和轮廓选择显著影响推导出的标度指数，警示不应在天体物理标度关系中不加批判地使用OLS。
• 研究结果意味着，假设同质性的标准动力学质量估算方法（如 $M_{\rm dyn} \propto \sigma_0^2 R_{\rm e}$）在通过并合形成的椭圆星系中可能存在系统性偏差。