[論文レビュー] Fossil group origins IX. Probing the formation of fossil galaxy groups with stellar population gradients of their central galaxies

E. M. Corsini, L. Morelli+8 more|arXiv (Cornell University)|Sep 4, 2018

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 104被引用数 10

ひとこと要約

本研究は、近傍の化石銀河団2つ（NGC 6482およびNGC 7556）の中心銀河（BCG）における空間的に分解された星族勾配を分析することで、化石銀河団の形成を調査している。長スリット分光法と単一星族モデルを用いた結果、金属量勾配は浅く負であり、$α$-要素の質量分数量勾配はほとんど認められないことから、これらの質量の大きな銀河は、明るい衛星を有さなかった「失敗した団」として形成されたのではなく、湿った主要合体によって形成されたことが示唆される。結果は、宇宙論的シミュレーションとも整合する合体駆動形成シナリオを支持する。

ABSTRACT

Fossil groups (FGs) are galaxy aggregates with an extended and luminous X-ray halo, which are dominated by a very massive early-type galaxy and lack of L* objects. FGs are indeed characterized by a large magnitude gap between their central and surrounding galaxies. This is explained by either speculating that FGs are failed groups that formed without bright satellite galaxies and did not suffer any major merger, or by suggesting that FGs are very old systems that had enough time to exhaust their bright satellite galaxies through multiple major mergers. Since major mergers leave signatures in the stellar populations of the resulting galaxy, we study the stellar population parameters of the brightest central galaxies (BCGs) of FGs as a benchmark against which the formation and evolution scenarios of FGs can be compared. We present long-slit spectroscopic observations along different axes of NGC 6482 and NGC 7556, which are the BCGs of two nearby FGs. The measurements include spatially resolved stellar kinematics and radial profiles of line-strength indices, which we converted into stellar population parameters using single stellar-population models. NGC 6482 and NGC 7556 are very massive and large galaxies and host a centrally concentrated stellar population, which is significantly younger and more metal rich than the rest of the galaxy. The age gradients of both galaxies are somewhat larger than those of the other FG BCGs studied so far, whereas their metallicity gradients are similarly negative and shallow. They have negligible gradients of alpha-element abundance ratio. The measured metallicity gradients are less steep than those predicted for massive galaxies that formed monolithically and evolved without experiencing any major merger. We conclude that the observed FGs formed through major mergers rather than being failed groups that lacked bright satellite galaxies from the beginning.

研究の動機と目的

• 化石団中心銀河（BCG）が、主に合体によって形成されたのか、それとも初期から明るい衛星を有さなかった「失敗した団」として形成されたのかを検証すること。
• 化石団BCGにおける星族勾配が、階層的合体および動力学的進化の痕跡を示すかどうかを特定すること。
• 観測された年齢、金属量、$α$-要素質量分数量の勾配を、単一的崩壊モデルと合体駆動形成モデルの予測と比較すること。
• 化石団BCGが他の巨大楕円銀河およびS0銀河とは異なる星族的性質を示すかどうかを評価し、それらが独立した銀河系族であるという仮説に疑問を呈すること。

提案手法

• グランテレスコピオ・カニアスを用いて、NGC 6482およびNGC 7556の主要軸、微小軸、対角軸に沿った長スリット分光観測を実施した。
• スペクトルから空間的に分解された星の運動学およびライン強度インデックス（例：H$δ$、Fe5270、Mgb）の径方向プロファイルを測定した。
• Thomasら（2003）の単一星族モデルを用いて、ライン強度インデックスを年齢、金属量、[$α$/Fe]といった星族パラメータに変換した。
• BCG全体にわたる年齢、金属量、$α$-要素質量分数量の径方向勾配を分析し、形成歴史を推定した。
• 観測された勾配を、単一的崩壊および湿った合体シミュレーションの理論的予測と比較した。
• NED、RC3、SDSSの画像および赤方偏移データを用いて、星族質量（$M_{\ast} \simeq 10^{11.5}$ M$_{\odot}$）、距離、構造的パラメータを導出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 化石団BCGにおける星族勾配は、主に合体によって形成されたことを支持するのか、それとも初期から明るい衛星を有さなかった「失敗した団」として形成されたことを示唆するのか？
• RQ2 NGC 6482およびNGC 7556における観測された年齢、金属量、[$\alpha$/Fe]勾配は、巨大銀河の単一的崩壊モデルの予測とどのように異なるか？
• RQ3 化石団BCGにおける金属量勾配と星族質量の間に相関があるか。また、それらは全体の初期型銀河集団と比較してどのように異なるか？
• RQ4 化石団BCGにおける観測勾配は、他の巨大楕円銀河およびS0銀河と顕著に異なるか。それらは別個の形成経路を示唆するのか？
• RQ5 化石団BCGの星族的性質は、団形成の宇宙論的流体力学的シミュレーションの予測とどの程度整合するか？

主な発見

• NGC 6482およびNGC 7556は、星族質量が$M_{\ast} \simeq 10^{11.5}$ M$_{\odot}$で、効果的直径が$D_{25} \simeq 50$ kpcに達する非常に巨大なBCGである。
• 両銀河とも、中心に集中した星族が、外縁部よりも顕著に若く、金属量が豊富であることが判明し、最近の星形成爆発を示唆している。
• 両銀河の年齢勾配は、他の化石団BCGと比較してより大きく、より最近または長期間にわたる星形成活動を示唆している。
• 金属量勾配は負であるが、非常に浅く、巨大銀河の単一的崩壊モデルが予測する勾配よりもはるかに緩やかである。
• [$\alpha$/Fe]質量分数量は、ほとんど径方向勾配を示さず、強力で短時間の星形成エピソードがなかったことを示し、長期的または湿った合体起源を支持する。
• 化石団BCGにおける観測された星族勾配は、一般の巨大初期型銀河集団と一致しており、失敗した団形成ではなく、湿った主要合体によって最もよく説明される。