[论文解读] The Black Hole Mass of Abell 1836-BCG and Abell 3565-BCG

E. Dalla Bontà, Laura Ferrarese+4 more|ArXiv.org|Jun 13, 2007

Astronomy and Astrophysical Research被引用 4

一句话总结

本研究利用哈勃空间望远镜ACS和STIS数据，通过建模电离气体动力学，对两个最亮团星系（Abell 1836-BCG和Abell 3565-BCG）中的超大质量黑洞质量进行动力学测量。结果发现，两者的黑洞质量分别为$4.8^{+0.8}_{-0.7} \times 10^9\,M_\odot$和$1.3^{+0.3}_{-0.4} \times 10^9\,M_\odot$，其中Abell 1836-BCG的黑洞质量为迄今动力学测量中最大的超大质量黑洞。

ABSTRACT

Two brightest cluster galaxies (BCGs), namely Abell 1836-BCG and Abell 3565-BCG, were observed with the Advanced Camera for Surveys (ACS) and the Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) on board the Hubble Space Telescope. By modeling the available photometric and kinematic data, it resulted that the mass of Abell 1836-BCG and Abell 3565-BCG are M_bh=4.8(+0.8,-0.7)x10^9 M_sun and M_bh=1.3(+0.3,-0.4)x10^9 M_sun at 1 sigma confidence level, respectively.

研究动机与目标

• 利用高分辨率哈勃空间望远镜数据，测定两个最亮团星系（BCGs）Abell 1836-BCG和Abell 3565-BCG中的超大质量黑洞质量。
• 检验本地宇宙中预期存在于BCGs内的最重黑洞是否遵循既定的标度关系，如$M_\bullet - \sigma$和$M_\bullet - L_{\text{bulge}}$。
• 评估BCGs是否由于其独特的形成历史和高并合活动而偏离标准黑洞标度关系。
• 利用电离气体动力学提供精确的动力学质量测量，以解决光度和速度 dispersion 数据间接估计中的不一致。

提出的方法

• 使用哈勃空间望远镜先进巡天相机（ACS）在三个滤镜下进行高分辨率成像，以绘制恒星光和尘埃分布。
• 使用空间望远镜成像光谱仪（STIS）的0.′′1宽狭缝进行光谱观测，测量沿主轴及偏移位置的电离气体动力学。
• 在恒星和中心黑洞联合引力势场下，假设气体在薄盘中作圆轨道运动，对电离气体动力学进行建模。
• 将合成速度场投影并降质，以匹配观测条件，包括PSF、电荷溢出和狭缝几何形状。
• 在三维模型网格中探索参数，包括黑洞质量$M_\bullet$、恒星质量-光度比$(M/L)_\star$和盘面倾角$i$，通过$\chi^2$最小化确定最佳拟合。
• 使用径向函数$\sigma(r) = \sigma_0 + \sigma_1 e^{-r/r_\sigma}$对速度 dispersion 轨迹进行建模，调整参数以匹配观测结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 Abell 1836-BCG中动态测量的超大质量黑洞质量是多少？其质量是否超过$M_\bullet - L_{\text{bulge}}$关系的预测值？
• RQ2 Abell 3565-BCG中黑洞质量与$M_\bullet - \sigma$和$M_\bullet - L_{\text{bulge}}$标度关系的预测值相比如何？
• RQ3 BCGs中质量最大的黑洞是否与质量较小的星系遵循相同的标度关系，还是代表一个独立的群体？
• RQ4 Abell 1836-BCG中观测到的质量偏差是$M_\bullet - L_{\text{bulge}}$关系的偏离所致，还是与测量不确定性和环境效应一致？

主要发现

• Abell 1836-BCG中黑洞质量的动态测量结果为$4.8^{+0.8}_{-0.7} \times 10^9\,M_\odot$（90%置信区间），使其成为迄今动力学测量中质量最大的黑洞。
• Abell 3565-BCG中黑洞质量为$1.3^{+0.3}_{-0.4} \times 10^9\,M_\odot$（90%置信区间），与$M_\bullet - L_{\text{bulge}}$关系一致。
• Abell 1836-BCG的黑洞质量显著高于Marconi & Hunt（2003）预测的$M_\bullet - L_{\text{bulge}}$关系值（预测值为$8.9 \times 10^8\,M_\odot$），表明在高质质量端可能存在偏离。
• Abell 1836-BCG中电离气体盘的倾角为$76 \pm 1^\circ$，恒星质量-光度比被限制在$\leq 4.0\,(M/L)_\odot$，与低质量-光度比恒星种群一致。
• 对于Abell 3565-BCG，最佳拟合模型得到的倾角为$50 \pm 1^\circ$，恒星质量-光度比为$9.0 \pm 0.8\,(M/L)_\odot$，表明其恒星成分更为致密。
• 结果表明，尽管大多数$M_\bullet > 10^9\,M_\odot$的星系位于$M_\bullet - L_{\text{bulge}}$关系上，但Abell 1836-BCG是异常值，这引发了对高质质量端标度关系普适性的疑问。