[論文レビュー] Bimodal star formation in elliptical galaxies and the enrichment of the intra-cluster medium

D. Elbaz, M. Arnaud+1 more|ArXiv.org|May 23, 1995

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、楕円銀河における二段階的星形成モデルを提案する。初期の高質量星形成バースト（m > 3 M☉）が、核心崩壊超新星（SNII）による鉄の大部分を生じさせ、強力な銀河風を駆動する。その後、金属化されたガスおよび星からの物質放出によって駆動される静穏的星形成が続き、銀河の進化を維持する。このモデルは、楕円銀河および銀河団間物質（ICM）における観測された鉄の過剰をうまく説明する。

ABSTRACT

A detailed model of galactic evolution is proposed to explain both the iron content of the Intra-Cluster Medium (ICM) and of the ellipticals pertaining to the cluster. SNII are responsible for the production of Fe in the galaxies and of its partial ejection in the surrounding medium. A high formation rate of massive stars only ($m>3~{ m M_{\sun}}$) at the very early stage of evolution of ellipticals, reminiscent of starburst galaxies, is advocated. The high rate of SNII explosions induces a powerful galactic wind, followed by a more quiescent evolution where stars are formed, with a normal Initial Mass Function (IMF), from the enriched gas remaining after the wind phase and from the gas restored by the longest living stars produced during the early phase. Most of the iron is produced by the high-mass stars created in the early burst phase.

研究の動機と目的

• 楕円銀河および銀河団間物質（ICM）における観測された鉄の過剰と、標準的な星形成核合成モデルとの間に生じる矛盾を解消すること。
• 標準的な星形成核合成モデルが予測するよりも、楕円銀河が鉄をあまり含まない理由を説明すること。
• 銀河団内銀河の星形成歴と超新星の生成量を関連付けることで、ICMにおける観測されたFe/H比を説明すること。
• 銀河風の役割をモデル化し、鉄が銀河からICMへ放出されることを説明すること。

提案手法

• 初期の高質量星形成バーストに続く静穏的段階を有する二段階的銀河進化モデルを構築する。
• 初期バースト段階における上位重力関数（IMF）を用いて、SNIIの発生率と鉄生成量を増加させる。
• SNIIのエネルギー入力によって駆動される銀河風の排出をシミュレーションし、金属化されたガスの一部を排出する。
• 星からの生成量、超新星フィードバック、ガスの再循環を追跡することで、鉄およびその他の元素の進化を追跡する。
• モデルの予測する銀河およびICMにおけるFe/Hを観測データと比較する。
• 初期バーストから生じる長寿命星の貢献を組み込み、金属化されたガスからの後の星形成を駆動する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ銀河団間物質（ICM）における鉄の過剰が、楕円銀河の鉄含有量から予測されるよりも高いのか？
• RQ2 二段階的星形成歴が、楕円銀河およびICMにおける観測された鉄を説明できるか？
• RQ3 核心崩壊超新星（SNII）は、鉄が銀河からICMへ排出される過程でどのような役割を果たすか？
• RQ4 高質量星（m > 3 M☉）の初期の高い星形成率は、銀河風および金属の排出にどのように影響するか？
• RQ5 初期の星形成バーストとその後の静穏的星形成を組み合わせたモデルで、ICMにおける観測されたFe/H比を再現できるか？

主な発見

• 初期の高質量星形成バースト（m > 3 M☉）が、楕円銀河およびICMにおける観測された鉄の大部分を生じさせている。
• SNII爆発によって駆動される銀河風が、生成された鉄の顕著な割合を排出しており、ICMに鉄が存在する理由を説明できる。
• 金属化されたガスおよび星からの物質放出によって駆動される静穏的星形成段階が、銀河の明るさと金属量を維持している。
• 追加の鉄源を必要とせず、観測されたICMにおける鉄の過剰をモデルがうまく再現している。
• 二段階的星形成シナリオは、楕円銀河およびICMにおける観測されたFe/H比と、SNIIからの理論的生成量を一致させている。
• 高い初期星形成率は、星形成バーストに類似した状態に一致しており、その後に長期間にわたる低レベルの星形成段階が続く。