[論文レビュー] Accreted Metallicity-Stellar Mass Relationship

Richard D’Souza, Eric F. Bell|arXiv (Cornell University)|May 23, 2017

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 2

ひとこと要約

本論文は、ミルキーウェイ型銀河における、銀河の降着星族ハローの金属量と全降着星質量の強い相関を示すために、Illustris宇宙論的シミュレーションを用いる。この相関は主に、質量と金属量の両方を支配する単一の巨大準原始銀河によって駆動される。固定された質量における金属量の散らばりは、支配的準原始銀河の質量を示しており、半径方向勾配は降着時刻を符号化しており、縁側方向に見られる銀河の小径方向開口測定から合体歴の再構成が可能になる。

ABSTRACT

There is increasing observational and theoretical evidence for a correlation between the metallicity and the mass of the stellar halo for galaxies with Milky Way-like stellar masses. Using the Illustris cosmological hydrodynamical simulations, we find that this relationship arises because a single massive massive progenitor contributes the bulk of the mass to the accreted stellar component as well as sets its metallicity. Moreover, in the Illustris simulations, this relationship extends over 3 orders of magnitude in accreted stellar mass for central galaxies. We show that for Milky Way-like mass galaxies, the scatter in accreted metallicity at a fixed accreted stellar mass encodes information about the stellar mass of the dominant accreted progenitor, while the radial density and metallicity gradients of the accreted stellar component encodes information about the time of accretion of the dominant progenitor. We demonstrate that for Milky Way-like mass galaxies, the Illustris simulations predict that the metallicity and the stellar mass of the total accreted stellar component can be reconstructed from aperture measurements of the stellar halo along the minor axis of edge-on disk galaxies. These correlations highlight the potential for observational studies of stellar halos to quantify our understanding of the most dominant events in the growth history of galaxies. We explore the implications of our model for our understanding of the accretion histories of the Milky Way, M31 and NGC 5128. In particular, a relatively late and massive accretion is favoured for M31; additionally, we provide a first estimate of the accreted stellar mass for NGC 5128.

研究の動機と目的

• ミルキーウェイ型銀河における、降着星族ハローの金属量と全降着星質量の観測相関の起源を理解すること。
• 支配的降着準原始銀河の性質（質量および降着時刻）が、星族ハローの構造的・化学的勾配にどのように符号化されているかを特定すること。
• 縁側方向に見られる銀河の小径方向開口測定から、全降着星質量および金属量を信頼性高く再構成できるかどうかを評価すること。
• モデルを適用して、ミルキーウェイ、M31、NGC 5128の降着歴を推定すること。

提案手法

• ミルキーウェイ型銀河の形成と集積をモデル化するため、Illustris宇宙論的流体力学的シミュレーション・スイートの活用。
• 粒子追跡を用いた降着星成分の同定により、外部準原始銀河由来の星を分離。
• 降着星族ハローの半径方向密度および金属量プロファイルの分析により、降着時刻および準原始銀河質量に関する情報を抽出。
• 固定された降着星質量における金属量の散らばりを計算し、支配的準原始銀河の星質量を推定。
• 縁側方向に見られる銀河の小径方向開口測定を用いた合成観測モデリングにより、全降着星質量および金属量の再構成可能性を検証。
• 得られた関係式を応用し、観測されたハロー性質に基づいて、ミルキーウェイ、M31、NGC 5128の降着歴を推定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ミルキーウェイ型銀河における、降着星族ハローの金属量と全降着星質量の観測相関を駆動する物理的メカニズムは何か？
• RQ2 固定された降着星質量における金属量の散らばりは、支配的降着準原始銀河の質量とどのように関係しているか？
• RQ3 降着ハロー内の金属量および密度の半径方向勾配は、支配的準原始銀河の降着時刻をどの程度符号化しているか？
• RQ4 縁側方向に見られる銀河の小径方向開口測定から、全降着星質量および金属量を信頼性高く再構成できるか？
• RQ5 得られた関係式は、ミルキーウェイ、M31、NGC 5128の降着歴について何を示唆するか？

主な発見

• 降着星族ハローにおける金属量-星質量関係は、主にハローの質量と金属量の両方を支配する単一の巨大準原始銀河によって生じる。
• 固定された降着星質量における金属量の散らばりは、支配的降着準原始銀河の星質量を直接示すトレーサーである。
• 降着ハロー内の半径方向金属量および密度勾配は、支配的準原始銀河の降着エポックに関する情報を符号化している。
• ミルキーウェイ型銀河では、縁側方向に見られる銀河の小径方向開口測定から、全降着星質量および金属量を再構成できる。
• モデルは、M31に対して比較的遅くかつ質量の大きな降着イベントを支持しており、観測されたハロー性質と整合的である。
• 本研究は、推定されたハロー金属量と質量関係に基づき、NGC 5128の降着星質量の最初の推定値を提供する。