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Defining The Black Hole Mass-Stellar Velocity Dispersion Relation Using The Uniformly Measured Stellar Velocity Dispersion In The Near-IR

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Authors
강월랑
Advisor
우종학
Major
자연과학대학 물리·천문학부(천문학전공)
Issue Date
2012-08
Publisher
서울대학교 대학원
Keywords
은하중앙팽대부분광학운동학동역학
Description
학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 물리·천문학부(천문학전공), 2012. 8. 우종학.
Abstract
은하 중심의 거대질량 블랙홀과 그 모은하의 별 속도 분산의 상관관계에 대해 연구하는 것은 은하 중심의 블랙홀과 은하의 공동 진화에 대한 단서가 될 수 있기 때문에 중요하다고 할 수 있다. 이에 대한 연구는 초기에 주로 가까운 비활동성 은하들에 대해서 주로 이루어졌고 상당히 강한 상관관계를 보였다. 하지만 이후 다양한 형태의 더 많은 은하들에 대해 같은 연구를 수행했을 때는 초기보다 느슨한 상관관계를 보이게 되었다. 또한 이러한 관계가 비활동성 은하들뿐만 아니라 활동성 은하들에 대해서도 성립하는 지에 대한 연구도 수행되어왔다. 이전 연구결과들에 따르면 활동성 은하도 비활동성 은하처럼 중심의 블랙홀과 은하의 별 속도 분산이 일정한 관계가 있으며 그 상관관계의 기울기는 비활동성 은하들보다는 약간 낮은 값을 가지지만 유사한 것으로 알려져 있다. 하지만 활동성은하들은 그 중심의 활동성은하핵의 밝은 연속복사(continuum)로 인해 별 속도 분산을 측정하는데 어려움이 있다. 이를 극복하기 위한 한 가지 방법은 활동성은하핵의 연속복사의 밝기가 상대적으로 작은 적외선 영역에서 은하를 관측하는 것이다. 이처럼 적외선 영역에서 은하 중심의 블랙홀과 은하의 별 속도 분산 관계를 연구하기 위해 가장 먼저 선행 되어야할 연구는 적외선 영역에서 측정한 은하의 별 속도 분산 값과 가시광 영역에서 측정한 값이 서로 유사하며 대치될 수 있는가, 하는 것이다.
우리는 Palomar 5m 망원경을 이용하여 근적외선의 J, H, K 대역에서 31개의 가까운 비활동성 은하들과 3개의 활동성 은하들을 관측하였으며 연구는 H 대역에서 이루어졌다. 이전의 연구들이 여러 연구자가 여러 관측기기를 이용해 개별적으로 은하의 별 속도 분산 값을 측정한 것에 반해 이 연구는 여러 은하를 하나의 관측기기를 이용해 관측하고, 한 사람이 균일하게 은하의 별 속도 분산 값을 측정하였다. 또한 정확한 별 속도 분산 값을 측정하기 위해 공간적으로 분해된 스펙트럼을 이용하여 은하의 회전 효과와 별 속도 분산의 공간적인 변화에 대해 조사하고 이러한 요소들이 은하의 별 속도 분산에 미치는 영향을 고려하여 최종적으로 은하의 별 속도 분산 값을 결정하였다. 공간적으로 분해된 연구는 31개의 비활동성 은하들과 활동성 은하인 NGC 3227 에 대해서 수행되었다. 나머지 두 개의 활동성 은하는 공간적으로 분해되지 않았다.
관측한 은하들이 대체로 조기형 은하임에도 불구하고 대부분의 은하에서 회전이 발견되었고, 은하의 회전은 은하의 별 속도 분산을 더 크게 만드는데 기여한다. 따라서 은하의 회전이 배제된 공간적으로 분해된 별 속도 분산 값들을 이용하여 은하의 회전을 보정한 더욱 정확한 별 속도 분산 값을 구하였다. 이렇게 구한 새로운 별 속도 분산 값은 은하의 회전을 고려하지 않은 것보다 평균적으로 6% 가량 작은 값을 가졌으며 크게는 18% 까지 작은 값을 가졌다. 또한 은하의 중심에서부터 바깥쪽으로 별 속도 분산의 측정영역을 점점 크게 하며 별 속도 분산을 측정한 결과 은하의 중심에서만 별 속도 분산을 측정한 것과 은하 전체를 포함하여 측정한 결과가 약 10% 정도 변화하는 것을 발견하였다. 따라서 우리는 은하들에 대해서 공통적으로 은하의 1/8 유효반경까지 측정하였다.
우리는 근적외선 영역에서 구한 은하의 별 속도 분산 값을 가시광 영역에서 측정된 이전 연구 결과와 비교하였다. 이때는 은하의 1/8 유효반경에서 은하의 회전이 보정된 별 속도 분산 값이 아니라 관측이 허용하는 가장 큰 측정범위에서 은하의 회전이 보정되지 않은 별 속도 분산 값을 사용하였다. 이는 가시광에서의 별 속도 분산이 은하의 유효반경에서 은하의 회전을 고려하지 않고 측정된 것이기 때문이다. 그 결과 근적외선 영역에서 구한 별 속도 분산 값과 가시광에서 측정한 별 속도 분산 값이 서로 유사함을 알 수 있었다. 이는 근적외선 관측기기로 측정한 별 속도 분산 값을 다른 보정 없이 가시광 영역에서 측정한 별 속도 분산 값과 함께 사용할 수 있음을 의미한다.
새롭게 구한 은하의 별 속도 분산 값을 이용하여 비활동성 은하와 활동성 은하에 대해 은하 중심의 블랙홀과 은하의 별 속도 분산 관계를 새롭게 정하였다. 비활동성 조기형 은하들에 대해서는 새롭게 구한 관계식이 이전의 연구 결과들과 크게 다르지 않았다. 비활동성 은하와 활동성 은하를 서로 비교해 보았을 때는 활동성 은하들이 비활동성 은하들보다 약간 낮은 기울기를 가지고 있었다. 하지만 활동성 은하들의 표본이 비활동성 은하들보다 블랙홀 질량이 작은 쪽에 치우쳐져 있으므로 직접적으로 비교하는 것에는 어려움이 있다. 비활동성 은하와 활동성 은하가 차이를 보이는 것은 표본의 차이에서 기인한 것일 수도 있지만 원래 서로 다른 상관관계를 가지기 때문일 수도 있다. 보다 정확한 비교를 위해서는 활동성 은하의 표본을 블랙홀 질량이 더 무거운 쪽으로 확장시키는 것이 필요하다.
We measure the stellar velocity dispersions of 31 nearby inactive galaxies and 3 active galaxies using the high quality H-band spectra. The data were obtained at the Palomar 5 m telescope using the near-infrared spectrograph TripleSpec. The inactive sample covers a wide range of optical stellar velocity dispersions (from 67 km/s to 385 km/s) and dynamical black hole masses (from 3×10^6 solarmass to 6×10^9 solarmass). After investigating the effects of aperture and rotation, we correct for the rotation component and determine the luminosity-weighted stellar velocity dispersion of the spheroid component in each galaxy based on the spatially resolved kinematics. Stellar velocity dispersions vary with the aperture width while the average correction for rotation is 6% on average. By comparing the stellar velocity dispersions measured in the near-infrared with optical measurements from the literature, we find that the near-infrared stellar velocity dispersions are consistent with optical values. Combining our new measurements with literature data, we present an improved central black hole mass-stellar velocity dispersion relation for inactive and active galaxies. For inactive early-type galaxies, the central black hole mass-stellar velocity dispersion relation defined using the stellar velocity dispersions from the near-infrared data analysis is similar to previous results while the slope becomes slightly smaller due to the rotation correction. Finally, by comparing the central black hole mass-stellar velocity dispersion relation of inactive galaxies and active galaxies, we find that the central black hole mass-stellar velocity dispersion relation of active galaxies has shallower slope (beta = 3.36±0.58) than
of inactive galaxies (beta = 4.62±0.38).
Language
English
URI
https://hdl.handle.net/10371/131664
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