latex

مُلَخَّص

مُحْدَثا Kormendy & Kennicutt (2004, ARA&A, 42, 603)، نُراجِع التطور الزمني الداخلي لأقراص المجرات. إحدى النتائج هي نمو النتوءات الزائفة التي غالباً ما يُخطئ في تمييزها عن النتوءات الحقيقية (التي تتكون عبر الاندماج). العديد من النتوءات الزائفة يمكن التعرف عليها كهياكل قرصية باردة وسريعة الدوران. تمتلك النتوءات دوال سطوع Sérsic بمؤشر \(n\) أكبر من 2 بينما معظم النتوءات الزائفة لديها \(n\) أقل من 2. التعرف على النتوءات الزائفة يجعل مشكلة تكوين المجرات في نظرية المادة المظلمة الباردة أكثر حدة: كيف يمكن للتجمع الهرمي أن ينتج العديد من المجرات القرصية النقية دون دليل على النتوءات التي تكونت عبر الاندماج؟ على سبيل المثال، المجرات العملاقة Scd مثل M101 وNGC 6946 لديها سرعات دوران تقارب \(V_{\rm circ} \sim 200\) كم/ث، ولكن تجمعات نجمية نووية بتشتت سرعات من 25 إلى 40 كم/ث. ضمن 8 ميغابارسك منا، 11 من 19 مجرة بسرعة دوران تزيد عن 150 كم/ث لا تظهر دليلاً على وجود كتلة كلاسيكية، واحدة قد تحتوي على كتلة كلاسيكية بالإضافة إلى كتلة زائفة، و7 هي مجرات بيضاوية أو تحتوي على كتل كلاسيكية. لذا، من الصعب فهم كيف يمكن تكوين المجرات بدون كتل عبر ذيل هادئ من توزيع تاريخ الاندماج.

الموضوع الثاني هو التطور الزمني البيئي. نؤكد أن المجرات الكروية لديها ارتباطات في المستوى الأساسي تكاد تكون عمودية على تلك الخاصة بالنتوءات والمجرات البيضاوية. المجرات الكروية ليست مجرات بيضاوية قزمة. بدلاً من ذلك، فإن معاملاتِها الهيكلية مشابهة لتلك الخاصة بالمجرات من النوع المتأخر. نقترح أن المجرات الكروية هي مجرات من النوع المتأخر التي تحولت بواسطة عمليات داخلية مثل طرد الغاز المدفوع بالمستعرات العظمى وعمليات بيئية مثل التضييق الزمني والتجريد بضغط الرياح.

باستثناء المجرات الكروية، فإن ارتباطات المستوى الأساسي للمجرات البيضاوية والنتوءات لها تشتت صغير. بالنسبة لهذه، النتوءات الزائفة أكبر وأقل كثافة. تتلاشى بأن تصبح رقيقة، وليس بأن تصبح مضغوطة مثل النوى. يبدو أن النتوءات الزائفة والتجمعات النجمية النووية لها أصول مختلفة.

التطور العلماني الداخلي والبيئي

يحدث التطور العلماني البطيء لأقراص المجرات عندما تعيد الأشكال غير المحورية مثل الأشرطة والهياكل الحلزونية توزيع الطاقة والزخم الزاوي وإعادة ترتيب هيكل القرص. يمكن أن يكون التطور المدفوع بيئياً علمانياً أيضاً (على سبيل المثال، تضييق المجرة)، على الرغم من أن العمليات المعروفة بشكل أفضل هي العمليات السريعة (mergers). نركز على إحدى نتائج التطور العلماني البيئي. إنها واحدة من عدة عمليات يمكن أن تحول الأقزام من النوع المتأخر إلى "الكرويات"، أي المجرات التي تشبه من الناحية المورفولوجية المجرات الإهليلجية ولكن لديها ارتباطات معاملات هيكلية مختلفة تشير إلى فيزياء تكوين مختلفة.

التطور العلماني الداخلي ونمو النتوءات الزائفة

تمت دراسة جوانب التطور العلماني الداخلي لفترة طويلة في مجالات متخصصة صغيرة (مراجعة مبكرة في (Kormendy 1982)). يقدم (Kormendy & Kennicutt 2004) توليفة لهذه الخطوط المتعددة للبحث، سواء كانت رصدية أو نظرية. توجد مراجعات أخرى في (Sellwood & Wilkinson 1993), (Kormendy 1993), (Buta & Combes 1996), (Kormendy & Cornell 2004), (Kormendy & Fisher 2005), (Athanassoula 2007), (Peletier 2008), و(Combes 2007, 2008). مع المساحة المحدودة، يركز هذا البحث على الملاحظات الجديدة لخصائص النتوءات الزائفة.

بغض النظر عن المحرك، فإن التطور الداخلي له عواقب مماثلة. مثل جميع الأنظمة ذاتية الجاذبية، تميل أقراص المجرات إلى الانتشار - تتوسع الأطراف الخارجية وتنكمش الأطراف الداخلية (Tremaine 1989). هذا أمر أساسي لتطور القرص مثل انهيار النواة للعناقيد الكروية، كما أن إنتاج كواكب المشتري الحارة ونبتون الباردة يُعتبر جزءاً من تطور الأنظمة الكوكبية، وكذلك التطور إلى العمالقة الحمراء التي تحتوي على الأقزام البيضاء الأولية هو جزء من تطور النجوم (Kormendy & Fisher 2005; Kormendy 2008). في أقراص المجرات، يؤدي تساقط الغاز وتكوين النجوم إلى بناء مكونات مركزية كثيفة يُخطأ في اعتبارها نوى لكنها لم تتشكل بواسطة اندماج المجرات. تأتي هذه بعدة أصناف حسب ما يقود التطور. النتوءات الزائفة المصنوعة من غاز القرص غالباً ما تكون قرصية ولكن ليس دائماً (Kormendy 1993; KK04; Fisher & Drory 2008a). النتوءات على شكل صندوق هي أيضاً ظواهر قرصية: إنها جزء من الأشرطة المنظورة (Combes & Sanders 1981; Combes et al. 1990; Pfenniger & Friedli 1991; Raha et al. 1991; Kuijken & Merrifield 1995; Merrifield & Kuijken 1999; Bureau & Freeman 1999; Bureau, Freeman, & Athanassoula 1999; Athanassoula 2005, 2007). الأشرطة النووية مرتبطة بالنتوءات الزائفة القرصية (سريعة الدوران) وقد تكون فرعاً منها. تشمل المورفولوجيا الأخرى التي تحدد النتوءات الزائفة حلقات تكوين النجوم النووية والبنية الحلزونية. من المناسب أن يكون لدينا اسم واحد - "النتوءات الزائفة" - لجميع المنتجات المركزية عالية الكثافة للتطور العلماني للقرص.

يتم مناقشة كيفية تحديد النتوءات الزائفة في (KK04). تم التعرف على الأمثلة النموذجية التي هي أكثر قرصية من النتوءات الكلاسيكية لأول مرة من خلال دورانها السريع (الشكل 2). تمتلك الأقراص \(V_{\rm max}/\sigma\) كبيرة وتظهر فوق الخط البيضاوي عند رؤيتها من زوايا ميل غير متعامدة. تم تحديد النتوءات الزائفة القرصية جداً (مثل NGC 4736, NGC 3945) والمعتدلة القرصية (مثل NGC 2950، وهي أيضاً شريط نووي) حديثاً كما هو موضح في الشكل 2.

التطور العلماني وتكوين النتوءات الكروية

لقد كان هناك تطور سريع (KK04). في العديد من المجرات، يكون "النتوء" أساساً في نفس مستوى القرص و/أو يظهر بنية حلزونية واضحة. كلاهما يعتبر من مميزات الأقراص ذات الكثافة العالية – النتوءات الكلاسيكية ديناميكية حرارية ولا يمكن أن تحتوي على بنية حلزونية صغيرة الحجم. هذه الميزات مذهلة في استطلاعات تلسكوب هابل الفضائي لمراكز المجرات الحلزونية (Carollo وآخرون 1997، 1998، 2001، 2002؛ Carollo 1999).

يمكن أن تتعايش النتوءات الكلاسيكية والزائفة (KK04؛ Kormendy وآخرون 2006؛ Erwin 2007)، ولكن الشكل المورفولوجي في الشكل 4 ليس بسبب الأقراص النووية المدمجة في النتوءات الكلاسيكية التي تخفيها معاملات العرض. تمتلك النتوءات ملفات سطوع حادة، لذا فإن ضوء النتوء سيقلل التباين في البنية الحلزونية بشكل قوي عند نصف القطر الأصغر. ولكن قوة البنية الحلزونية تعتمد قليلاً على نصف القطر: يشارك النتوء الزائف بأكمله تقريباً.

عادةً ما يفسر مؤلفو مسح التصوير النتوءات القرصية على أنها نتائج التطور العلماني. يلاحظ Courteau، de Jong، وBroeils (1996) "استمرار البنية الحلزونية في المناطق المركزية" و"يدعون التطور الديناميكي العلماني و... تدفق الغاز عبر نقل الزخم الزاوي والنقل اللزج" كتفسير. يخلص Carollo وآخرون (2001) إلى أن "تكوين النتوء من النوع الأسي يحدث في الكون المحلي وأن هذه العملية متسقة مع كونها نتيجة للتطور العلماني ...داخل الأقراص".

لقد تم تحقيق "دليل على المفهوم" إلى حد كبير، لذا تركز الدراسات الآن على تكوين النجوم (تمت مراجعته في Fisher وDrory 2008b) وعلى الخصائص الإحصائية للنتوءات الزائفة. في القسم 4، نقارن بين ترابطات معاملات المستوى الأساسي للنتوءات الزائفة، النتوءات الكلاسيكية، والمجرات الإهليلجية. أولاً، نحتاج إلى تعريف ما نعنيه بمجرة إهليلجية. هذا يقودنا إلى موضوعنا الثاني حول التطور العلماني البيئي وتكوين المجرات الكروية (القسم 3).

التطور العلماني البيئي: أصل المجرات الكروية

=15000 =15000

يُظهر الشكل 5 إسقاطات المستوى الأساسي (ديورجوفسكي وديفيس 1987; فابر وآخرون 1987; ديورجوفسكي وآخرون 1988) ومؤشر سيرسيك مقابل القدر الكلي لأنواع مختلفة من الأنظمة النجمية (مقتبس من كورمندي وآخرون 2008: KFCB).

من الضروري لتفسير هذا الشكل دقة التصوير الضوئي العالية لجميع المجرات الإهليلجية والمجرات الكروية المختارة في عنقود العذراء من KFCB. توفر الملفات المركبة من تلسكوب هابل الفضائي والمراصد الأرضية على مدى نطاقات شعاعية كبيرة معاملات سيرسيك دقيقة. ثم يظهر التشتت الذاتي الصغير للمستوى الأساسي في اللوحة العلوية، والتي تظهر المستوى تقريباً من الجانب. يؤكد الشكل 5 نتائج كورمندي (1985, 1987)، بينجلي وكاميرون (1991)، وبيندر، بورستين، وفابر (1992) أن المجرات الإهليلجية والكروية تلبي ارتباطات معاملات مختلفة. لقد تم انتقاد هذه النتيجة من قبل جيرجن وبينجلي (1997)، جراهام وجوزمان (2003)، جافازي وآخرون (2005)، وفيراريس وآخرون (2006) جزئياً لأن الارتباط بين \(n\) و\(M_V\) مستمر. نحن نتفق. ولكن الملاحظة بأن \(n\) ليست حساسة للفارق بين المجرات الإهليلجية والكروية لا تعني أنها مترابطة. تظهر ارتباطات المستوى الأساسي (اللوحات العلوية والشكل 6) أن المجرات الإهليلجية ذات الإضاءة المنخفضة أعلى كثافة بشكل تدريجي، بينما المجرات الكروية ذات الإضاءة المنخفضة أقل كثافة بشكل تدريجي. المجرات الكروية ليست مجرات إهليلجية باهتة. بدلاً من ذلك، أظهر كورمندي (1985, 1987) أن لديهم ارتباطات معاملات مماثلة لمجرات الحلزونية القزمة والمجرات غير المنتظمة. من المؤكد تقريباً أن المجرات الكروية والإهليلجية كانت لها عمليات تكوين مختلفة جداً. نعتقد أن المجرات الإهليلجية تشكلت عبر اندماجات المجرات الرئيسية. تشير الأدلة المناقشة في KFCB إلى أن المجرات الكروية هي مجرات من النوع المتأخر التي تحولت بواسطة عمليات داخلية مثل إخراج الغاز المدفوع بالمستعرات العظمى (ديكل وسيلك 1986) وعمليات بيئية مثل التضييق العلماني للمجرة (مور وآخرون 1996, 1998) وتجريد الغاز بضغط الرام (على سبيل المثال، تشونج وآخرون 2008).

الارتباطات المستوية الأساسية للنتوءات والنتوءات الزائفة

تُقارن الأشكال (5) و(6) بين ارتباطات المعاملات للمجرات الإهليلجية، والنتوءات الكلاسيكية، والنتوءات الزائفة. معاملات سيرسيك للنتوءات (الزائفة) أقل دقة من تلك الخاصة بالمجرات الإهليلجية، لأن استنتاجها يتطلب تحليلاً لملفات السطوع إلى مساهمات النتوء (الزائف) والقرص. لدينا نفوذ محدود على معاملات النتوء، وهي مرتبطة بشدة بمعاملات القرص. على الرغم من ذلك، تظهر الأشكال (5) و(6) أن النتوءات الكلاسيكية لا تميز فعلياً عن المجرات الإهليلجية، متسقة مع تعريفنا. العديد من النتوءات الزائفة ليست مختلفة كثيراً أيضاً؛ وهذا أحد الأسباب التي جعلتها تخلط مع النتوءات. لمعرفة الفرق بين النتوءات الزائفة والنتوءات الكلاسيكية، نحتاج إلى النظر إلى ما وراء معاملات المستوى الأساسي والنظر في خصائص مثل الاستواء و\(V/\sigma\). على الرغم من ذلك، في الأشكال (5) و(6)، تظهر النتوءات الزائفة أيضاً تشتتاً أكبر من النتوءات الكلاسيكية، ولديها مؤشرات سيرسيك أصغر. متسقة مع (Courteau et al. (1996)), (MacArthur, Courteau, & Holtzman (2003)), وأوراق فريق (Carollo), يجد (Fisher & Drory (2007a)) فصلاً نظيفاً نسبياً بين النتوءات الكلاسيكية ب\(n\) أكبر من 2 والنتوءات الزائفة (غالباً) ب\(n\) أقل من 2. لاحظ أن هذا الاستنتاج لن يكون واضحاً لو كنا نعتقد أن الكرويات هي مجرات إهليلجية باهتة. فيما سبق، يعتمد التمييز بين النتوء والنتوء الزائف على معايير مورفولوجية مدرجة في (KK04) وليس على شكل الملف الشخصي. لا نفهم تكوين المجرة بما يكفي للتنبؤ ب\(n\) لأي نوع من النتوءات، ولكن التمييز واضح بما يكفي ليكون مساعداً في التصنيف.

تُظهر الشكل (6) أن النتوءات الزائفة تتلاشى عن طريق أن تصبح منخفضة الكثافة، وليس عن طريق أن تصبح مضغوطة، مثل مجموعات النجوم النووية (الدوائر المملوءة باللون الأسود). هذا يشير إلى أن النتوءات الزائفة والنوى مختلفة جوهرياً.

كيف يمكن للتجمع الهرمي أن ينتج العديد من المجرات بدون انتفاخ؟

التجمع الهرمي في كون المادة المظلمة الباردة (وايت ورايس 1978) هو نظرية ناجحة بشكل ملحوظ في تكوين المجرات. الصراع الآن مع فيزياء الباريونات. المشكلة الأكثر خطورة تم التأكيد عليها مرات عديدة، سواء من قبل المراقبين (Freeman 2000; KK04; Kormendy & Fisher 2005; Carollo et al. 2007; Kormendy 2008) ومن قبل النمذجين (Steinmetz & Navarro 2002; Abadi et al. 2003). بالنظر إلى العنف الكبير الناتج عن الاندماج، كيف يمكن للتجمع الهرمي أن ينتج العديد من المجرات القرصية النقية بدون علامات للانتفاخات التي تم بناؤها بواسطة الاندماج؟ تصبح هذه المشكلة أكثر صعوبة عندما ندرك أن العديد مما كنا نعتقد أنها انتفاخات صغيرة هي في الواقع انتفاخات زائفة تم إنشاؤها بواسطة التطور العلماني. لا نعرف أي مجرة من النوع Sc أو أبعد تحتوي على انتفاخ كلاسيكي (KK04). لذا فإن الحل للمشكلة المذكورة أعلاه ليس الأمل في أن الأقراص بدون انتفاخ نادرة بما يكفي ليتم تفسيرها كذيل لتوزيع تاريخ التكوين الذي شمل بعض المجرات التي لم تتعرض للاندماج بمحض الصدفة.

هذا القسم يقدم أمثلة جديدة وإحصائيات أفضل عن الأقراص بدون انتفاخ.

الأقراص بدون انتفاخ التي تقيد صورتنا للتكوين بشكل أكبر هي تلك التي تعيش في هالات مظلمة ذات كتلة عالية - مثلاً، تلك التي تكون فيها سرعات الدوران في مدار دائري \(V_{\rm circ} \sim 200\) كم/ث. استخدم Kormendy et al. (2009) تلسكوب Hobby-Eberly للحصول على أطياف عالية الدقة (الانتشار الآلي \(\sigma_{\rm instr} \simeq 8\) كم/ث) لتجمعات النجوم النووية في M101 وNGC 6946. M101 هي مجرة من النوع Scd بسرعة دوران \(V_{\rm circ} = 210 \pm 15\) كم/ث (Bosma et al. 1981). ولكن نواتها لديها تشتت سرعة \(\sigma = 25 \pm 7\) كم/ث مثل تشتت سرعة تجمع كروي كبير. NGC 6946 هي مماثلة لـScd بسرعة دوران \(V_{\rm circ} = 210 \pm 10\) كم/ث (Tacconi & Young 1986; Sofue 1996) و\(\sigma = 38 \pm 3\) كم/ث. IC 342 هي مجرة ثالثة من هذا النوع بسرعة دوران \(V_{\rm circ} = 192 \pm 5\) كم/ث (Rogstad, Shostak, & Rots 1973; Sofue 1996) و\(\sigma = 33 \pm 3\) كم/ث (Böker et al. 1999; \(\sigma_{\rm instr} = 5.5\) كم/ث). تظهر جميع الثلاث مجرات ارتفاعات صغيرة في وسطها في ملفات السطوع \(J\)\(H\)\(K\) (Jarrett et al. 2003) وNGC 6946 وIC 342 تظهر أيضاً ارتفاعات سريعة في منحنيات دوران CO المركزية \(V(r)\) (Sofue 1996). ولكن تشتتها الصغير \(\sigma \ll V\) يظهر أن هذه انتفاخات زائفة. كيف نمت هذه الهالات الكبيرة بدون علامات للاندماجات الكبرى؟

هل يمكن أن تكون الأقراص بدون انتفاخ نادرة بما يكفي لتشكل ذيلاً هادئاً لتوزيع تاريخ الاندماج؟ نعتقد أن الإجابة هي "لا". فلنأخذ المجموعة المحلية أولاً. فقط مجرتنا لديها عدم يقين في تصنيف انتفاخها. الهيكل على شكل صندوق يوحي بانتفاخ زائف. تشتت السرعة المنخفض للانتفاخ يندمج بسلاسة مع تشتت القرص (Lewis & Freeman 1989). الملف الشخصي المركزي \(\sigma\) المشتق بواسطة Tremaine et al. (2002) يوحي بانتفاخ زائف. فقط السكان النجميون القدامى، المعززون بعنصر \(\alpha\)، يوحون بانتفاخ كلاسيكي (KK04 يناقش هذه التحفظات). بالاتفاق مع Freeman (2008)، نستنتج أنه لا توجد أدلة فوتوغرافية أو ديناميكية لوجود انتفاخ كلاسيكي. ثم تحتوي المجموعة المحلية على مجرة بيضاوية واحدة، M32، وانتفاخ كلاسيكي واحد، في M31. في أكبر ثلاث مجرات، يوجد انتفاخ كلاسيكي واحد فقط.

بالنظر إلى ما وراء المجموعة المحلية، فإن أبعد قرص بدون انتفاخ تمت مناقشته أعلاه هو M101. معامل المسافة السيفيدي له هو \(m - M = 29.34 \pm 0.10\)؛ أي، المسافة = \(7.4 \pm 0.3\) ميغابارسك (Ferrarese et al. 2000)، و\(V_{\rm circ} = 210 \pm 15\) كم/ث. سنكون محافظين ونبحث عن جميع المجرات ب\(V_{\rm circ} > 150\) كم/ث أو \(\sigma\) المركزي > 106 كم/ث و\(m - M < 29.5\). توفر HyperLeda وTonry et al. (2001) 19 مجرة من هذا النوع. M101، NGC 6946، وIC 342، هي 3/19 من المجرات الكبيرة في حجم عينتنا. من بقية المجرات، 8 تهيمن عليها الانتفاخات الزائفة بدون علامات لانتفاخ كلاسيكي. واحدة أخرى، NGC 2787، لديها انتفاخ زائف مهيمن ولكن قد يكون لديها أيضاً مكون انتفاخ كلاسيكي صغير. ثلاث مجرات في الحجم المذكور أعلاه هي بيضاويات، Maffei 1، NGC 3077 (على الأرجح)، وNGC 5128. ثلاث مجرات معروفة بأن لديها انتفاخات كلاسيكية، M31، M81، وNGC 4258. NGC 5195، رفيق M51، لديه تصنيف غير مؤكد ولكن \(\sigma = 157\) كم/ث؛ نضمها بين الانتفاخات الكلاسيكية. هذا يتركنا بالإحصائيات التالية: ضمن 8 ميغابارسك منا، 11 من 19 مجرة ب\(V_{\rm circ} > 150\) كم/ث لا تظهر أي دليل على وجود انتفاخ كلاسيكي، واحدة قد تحتوي على كل من انتفاخ كلاسيكي وانتفاخ زائف، و7 من 19 إما بيضاويات أو تحتوي على انتفاخات كلاسيكية. المجرات الكبيرة التي لديها دليل على اندماج كبير أقل من نصف العينة.

على النقيض من ذلك، في عنقود العذراء، حوالي 2/3 من الكتلة النجمية في مجرات بيضاوية وبعض الكتلة الإضافية في انتفاخات كلاسيكية (KFCB). لذا فإن الإحصائيات المذكورة أعلاه هي وظيفة قوية للبيئة.

لذلك نعيد صياغة موضوع هذا القسم: ما الذي يميز تكوين المجرات في بيئات منخفضة الكثافة، مثل بيئات المجموعة المحلية، والذي يسمح لأكثر من 1/2 من المجرات بقيم \(V_{\rm circ} > 150\) كم/ث لتتشكل بدون علامات للاندماجات الكبرى؟

نشكر Ralf Bender، Mark Cornell، Niv Drory وReynier Peletier للسماح بالاقتباس من النتائج قبل النشر. استخدم عملنا قاعدة بيانات HyperLeda على http://leda.univ-lyon1.fr/search.html. يتم التقدير بشكل كبير للدعم من National Science Foundation بموجب المنحة AST-0607490.