[论文解读] The black hole mass-bulge mass correlation: bulges versus pseudo-bulges

Jian Hu|ArXiv.org|Aug 14, 2009

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 10

一句话总结

本研究通过使用二维图像分析（BUDDA）对57个具有动力学黑洞质量测量结果的星系进行分析，探究了黑洞质量–星系核球质量关系，区分了经典核球与伪核球。研究发现，经典核球和椭圆星系遵循紧密的 $ M_{\text{bh}} \simeq 0.006 M_{\text{s}} $ 或 $ 0.003 M_{\text{d}} $ 关系，而伪核球所含黑洞质量比其经典核球 counterparts 小一个数量级，表明其演化历史存在显著差异。

ABSTRACT

We investigate the scaling relations between the supermassive black holes mass (M_bh) and the host bulge mass in elliptical galaxies, classical bulges, and pseudo-bulges. We use two-dimensional image analysis software BUDDA to obtain the structural parameters of 57 galaxies with dynamical M_bh measurement, and determine the bulge K-band luminosities (L_bul,K), stellar masses (M_s), and dynamical masses (M_d). The updated M_bh-L_bul,K, M_bh-M_s, and M_bh-M_d correlations for elliptical galaxies and classical bulges give M_bh~0.006M_s or 0.003M_d. The most tight relationship is log(M_bh/M_sun)=a+b log(M_d/10^11 M_sun), with a=8.46+/-0.05, b=0.90+/-0.06, and intrinsic scatter 0.27 dex. The pseudo-bulges follow their own relations, they harbor an order of magnitude smaller black holes than those in the same massive classical bulges, i.e. M_bh~0.0003M_s or 0.0002M_d. Besides the M_bh-σ(bulge stellar velocity dispersion) relation, these bulge type dependent M_bh-M_bul scaling relations provide information for the growth and coevolution histories of SMBHs and their host bulges. We also find the core elliptical galaxies obey the same M_bh-M_d relation with other normal elliptical galaxies, that is expected in the dissipationless merger scenario.

研究动机与目标

• 调查 $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{bulge}} $ 关系在经典核球与伪核球之间是否存在差异。
• 确定超大质量黑洞质量与宿主核球质量之间的标度关系是否随核球类型而变化。
• 评估核心椭圆星系是否遵循与普通椭圆星系相同的 $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{d}} $ 关系，以检验无耗散并合模型。
• 通过使用高质量的 $ K $-波段图像和动力学质量测量，解决先前研究中的不一致之处。

提出的方法

• 应用BUDDA软件对 $ K $-波段图像进行二维核球/盘面分解，以获得结构参数。
• 测量57个星系的核球 $ K $-波段光度（$ L_{\text{bul,K}} $）、恒星质量（$ M_{\text{s}} $）和动力学质量（$ M_{\text{d}} $）。
• 使用 $ \chi^2 $ 拟合方法并考虑固有弥散，推导 $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{d}} $ 和 $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{s}} $ 标度关系，其中 $ \alpha $ 和 $ \beta $ 为拟合参数。
• 将结果与先前研究（如MH03、HR04）进行比较，采用一致的质量定义和样本选择。
• 采用AB方法估算拟合参数的置信区间，并评估不同核球类型之间差异的显著性。
• 对核心椭圆星系进行单独分析，以检验其是否与非核心椭圆星系的 $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{d}} $ 关系一致。

实验结果

研究问题

• RQ1 伪核球是否遵循与经典核球相同的 $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{bulge}} $ 关系？
• RQ2 伪核球的 $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{d}} $ 关系是否显著偏离经典核球的关系？
• RQ3 核心椭圆星系是否遵循与普通椭圆星系相同的 $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{d}} $ 关系，如无耗散并合模型所预测？
• RQ4 经典核球与伪核球的 $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{d}} $ 关系的固有弥散是多少？
• RQ5 不同质量定义（如 $ M_{\text{d,Ser}} $、$ M_{\text{d,iso}} $）下的 $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{d}} $ 关系如何比较？

主要发现

• 经典核球和椭圆星系的 $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{d}} $ 关系最佳描述为 $ \log(M_{\text{bh}}/M_{\odot}) = 8.46 \pm 0.05 + 0.90 \pm 0.06 \times \log(M_{\text{d}}/10^{11} M_{\odot}) $，固有弥散为0.27 dex。
• 伪核球所含黑洞质量约为其恒星质量的0.0003倍（$ M_{\text{bh}} \simeq 0.0003 M_{\text{s}} $），比经典核球小一个数量级。
• 核心椭圆星系的 $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{d}} $ 关系与普通椭圆星系无异，支持无耗散并合模型。
• 最精确的 $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{d}} $ 关系的斜率 $ \beta = 0.90 \pm 0.06 $，表明黑洞质量与动力学核球质量之间近乎线性关系。
• 经典核球的 $ M_{\text{bh}} $–$ L_{\text{bul,K}} $ 和 $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{s}} $ 关系与 $ M_{\text{bh}} \simeq 0.006 M_{\text{s}} $ 一致，证实了早期研究结果，且数据更精确。
• 本研究证实，$ M_{\text{bh}} $–$ \sigma_{*} $ 关系在经典核球与伪核球之间存在差异，且该差异延伸至 $ M_{\text{bh}} $–$ M_{\text{bulge}} $ 平面，表明其形成历史不同。