[論文レビュー] CHEMICAL ABUNDANCES IN CLUSTERS OF GALAXIES

F. Matteuccí, B. K. Gibson|arXiv (Cornell University)|Mar 14, 1995

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、超新星駆動風を組み込んだ詳細な銀河進化モデルを用いて、銀河団の団内媒体（ICM）に存在する鉄およびアルファ要素（O、Mg、Si）の起源を調査する。初期質量関数（IMF）が[O/Fe]とFe質量対光度比に顕著な影響を及ぼすことが示され、ASCA観測データと一致するためには、より平坦なIMF（x ≈ 1）が好まれる。ICMに存在する鉄の約70%が第II型超新星に起因し、残りの30%が第Ia型超新星に起因することが判明した。

ABSTRACT

We study the origin of iron and alpha-elements (O, Mg, Si) in clusters of galaxies. In particular, we discuss the [O/Fe] ratio and the iron mass-to-luminosity ratio in the intracluster medium (ICM) and their link to the chemical and dynamical evolution of elliptical and lenticular galaxies. We adopt a detailed model of galactic evolution incorporating the development of supernovae- driven galactic winds which pollute the ICM with enriched ejecta. We demonstrate \it quantitatively m the crucial dependence upon the assumed stellar initial mass function in determining the evolution of the mass and abundances ratios of heavy elements in typical model ICMs. We show that completely opposite behaviours of [alpha/Fe] ratios (\ie positive versus negative ratios) can be obtained by varying the initial mass function without altering the classic assumptions regarding type Ia supernovae progenitors or their nucleosynthesis. Our results indicate that models incorporating somewhat flatter-than-Salpeter initial mass functions (ie x approx 1, as opposed to x=1.35) are preferred, provided the intracluster medium iron mass-to-luminosity ratio, preliminary [alpha/Fe]>0 ASCA results, and present-day type Ia supernovae rates, are to be matched. A simple Virgo cluster simulation which adheres to these constraints shows that approx 70% of the measured ICM iron mass has its origin in type II supernovae, with the remainder being synthesized in type Ia systems.

研究の動機と目的

• 銀河団の団内媒体（ICM）に存在する鉄およびアルファ要素（O、Mg、Si）の起源を理解すること。
• 初期質量関数（IMF）がICMにおける重元素の組成および質量対光度比の進化に与える影響を調査すること。
• 観測された[O/Fe]比および鉄の質量対光度比を、銀河化学進化の理論的モデルと一致させること。
• 第II型および第Ia型超新星がICMに供給する鉄の割合を特定すること。

提案手法

• 超新星駆動風によって酸化物質がICMに放出される詳細な銀河化学進化モデルを用いる。
• 異なる星族から生じるアルファ要素および鉄の生成と放出を、第II型および第Ia型超新星の両方を対象に追跡する。
• 初期質量関数（IMF）をパラメータとして変化させ（Salpeter型のx=1.35からx≈1のより平坦な形にまで）、ICMの組成比に与える影響を評価する。
• 観測的制約（現在の第Ia型超新星発生率、[alpha/Fe] > 0 の初期ASCA結果、ICMの鉄の質量対光度比）に合わせてモデルをキャリブレーションする。
• Virgo銀河団の簡単なシミュレーションを実施し、ICMに蓄積された鉄の質量に対する第II型および第Ia型超新星の寄与割合を推定する。
• 標準的な核合成ヨーイドを用い、第Ia型超新星の前身星モデルやヨーイドに変更がないと仮定し、IMFを唯一の変数として隔離する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 初期質量関数の選択が、団内媒体（ICM）における予測される[O/Fe]比にどのように影響を与えるか？
• RQ2 観測されたICMに存在する鉄の質量のうち、第II型と第Ia型超新星に起因するのはそれぞれどの程度か？
• RQ3 第Ia型超新星の前身星仮定を変更せずに、同一のIMF形状で観測された鉄の質量対光度比と[alpha/Fe]比の両方を同時に再現できるか？
• RQ4 同じ核合成入力を持つにもかかわらず、一部のモデルでは[alpha/Fe]比が正、他のモデルでは負になるのはなぜか？
• RQ5 観測されたICMの組成は、星の初期質量関数の形にどのような制約を課すか？

主な発見

• 初期質量関数は、特に[O/Fe]比に関して、ICMの組成比の進化に定量的に顕著な影響を及ぼす。
• 観測された[alpha/Fe] > 0 およびICMの鉄の質量対光度比を再現するためには、Salpeter型より平坦な初期質量関数（x ≈ 1）が必要である。
• より平坦なIMFを用いたモデルは、ICMにおける[alpha/Fe] > 0 を示す初期ASCA結果とも良好に一致する。
• Virgo銀河団のシミュレーションでは、ICMに蓄積された鉄の質量の約70%が第II型超新星に起因し、残りの30%が第Ia型超新星に起因する。
• 同じIMFが組成比と観測された鉄の質量対光度比の両方を再現できることから、複数の観測的制約に対して一貫性があることが示された。
• 同じ第Ia型超新星の仮定とヨーイドを用いても、IMFの違いによって[alpha/Fe]比の正負が逆転する可能性があることが、本研究で示された。