[論文レビュー] Evolution of the colour-magnitude relation of early-type galaxies in distant clusters

Tadayuki Kodama, N. Arimoto+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 18, 1998

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、17の遠方銀河団（0.31 < z < 1.27）における早期型銀河の色magntiude関係（CMR）を、Kodama & Arimoto（1997）の進化モデルを用いて分析し、銀河団間で一貫したCMRの勾配とゼロポイントが得られた。早期型銀河は、z_f > 2–4で均一に形成されており、ほぼ同一の年齢の星族と、光度に依存する金属量の系列を示しており、銀河団形成モデルに対する強い制約を与える。

ABSTRACT

We present a thorough quantitative analysis of the evolution of the colour-magnitude relation for early-type galaxies in 17 distant clusters with redshifts 0.31 &lt; z &lt; 1.27 using the Kodama &amp; Arimoto (1997) evolutionary model for elliptical galaxies. The model is calibrated to reproduce the colour- magnitude relation for Coma ellipticals at z ~ 0 and gives the evolution of the slope and zero-point as a function of redshift. We find no significant differences between the colour-magnitude relations of the clusters in our sample. The slopes can be reproduced by a single model sequence in which all elliptical galaxies are assumed to be equally old (the maximum age difference allowed for the brightest 3 magnitudes is only 1 Gyr) and to have mean stellar metallicities which vary as a function of galaxy luminosity. The zero-points of the colour-magnitude relations constrain the epoch of major star formation in early-type galaxies to z_f&gt;2-4. This study provides two important constraints for any model of the formation of rich clusters: the uniformity of the ages of the stellar populations in the early-type galaxies and the universality of the metallicity sequence of these galaxies as a function of galaxy mass.

研究の動機と目的

• 遠方銀河団における早期型銀河の色-等級関係（CMR）の進化を調査すること。
• 高赤方偏移における早期型銀河の星族の年齢および金属量分布を特定すること。
• CMRが銀河団間で普遍的であるかどうかを検証し、早期型銀河の形成時代を制約すること。
• Kodama & Arimoto（1997）の進化モデルが、z > 0.3 における観測されたCMR特性を再現する能力を評価すること。
• 豊富な銀河団の形成歴に関する観測的制約を提供すること。

提案手法

• Kodama & Arimoto（1997）の進化合成モデルを用いて、楕円銀河のCMRを予測し、z ≈ 0 におけるコマ銀河団に一致するようにキャリブレーションする。
• モデルは、Salpeterの初期質量関数を仮定した単一星族を想定し、金属量と年齢が色および等級に与える影響を含む。
• 17の遠方銀河団（0.31 < z < 1.27）における観測されたCMRを、モデル予測と比較してゼロポイントおよび勾配の進化を制約する。
• 一定の形成赤方偏移を仮定した場合、最も明るい銀河間の年齢差が ≤1 Gyr に制限される。
• 金属量は、銀河の光度に応じて変化させ、質量-金属量関係に従う。
• モデルの適合度は、赤方偏移範囲全体で予測されたCMRのゼロポイントおよび勾配を観測データと比較することで評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 遠方銀河団における早期型銀河の色-等級関係（CMR）は、異なる赤方偏移および銀河団間で一貫しているか？
• RQ2 CMRのゼロポイントの進化から、早期型銀河の星族の形成赤方偏移はどの程度制約されるか？
• RQ3 早期型銀河の星族は、最も明るい等級範囲にわたり均一な年齢分布を示しているか？
• RQ4 早期型銀河の金属量は、予測されたモデル通りに光度と相関しているか？
• RQ5 1つの進化モデルが、赤方偏移範囲 0.31 < z < 1.27 全体における観測されたCMR特性を説明できるか？

主な発見

• 17のすべての銀河団における色-等級関係の勾配は、一様な進化シーケンスと一致しており、最も明るい銀河間の年齢分散が最小（最大年齢差 ≤1 Gyr）であることを示唆している。
• CMRのゼロポイントの進化から、早期型銀河の形成赤方偏移が z_f > 2–4 に制限され、早期かつ急速な形成を示している。
• 観測されたCMRは、より質量の大きな銀河がより高い金属量を持つ、光度に依存する金属量シーケンスを持つモデルによって最もよく再現される。
• 異なる赤方偏移における銀河団間でCMRに顕著な差異は認められず、豊富な銀河団における早期型銀河の普遍的な進化パターンを示している。
• 銀河団間でのCMRの一貫性は、共通の形成歴と銀河団形成における環境の一様性の可能性を支持している。
• 結果は、銀河団形成モデルに対して強い制約を与え、一様な金属量-光度関係を示す、早期かつ急速な星族の形成を支持する。