[論文レビュー] Galactic chemical evolution in hierarchical formation models - II. The Intracluster Medium

Matías Arrigoni, S. C. Trager+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 6, 2010

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、階層的構造形成フレームワーク内での銀河形成モデルを拡張し、銀河団内媒体（ICM）の金属量と元素比を予測する。直接的な金属供給（「ホットエンリッチメント」）と超新星Iaの発生率の増加により、従来のモデルで見られた欠落していた主要な問題を解決し、観測されたICM鉄含有量と元素比を良好に再現した。

ABSTRACT

We use the cosmological semi-analytic model (SAM) for galaxy formation presented in Paper I to study the metallicities and abundance ratios of the intracluster medium (ICM) within the hierarchical structure formation paradigm. By requiring a slightly flat IMF (x=1.15) and a two-population delay-time-distribution (DTD) for SN Ia explosions we found previously that this model is able to reproduce the abundance ratios and supernova rates of early-type galaxies in the local Universe. Predictions for elemental abundances in the ICM pose a further test of the model. We find that with the fiducial model from Paper I the overall metal content of the ICM is too low, although the abundance ratios are in good agreement with the data. However, we find that allowing a fraction of the metal-enriched material ejected by stars to be deposited directly into the hot ICM, instead of being deposited into the cold ISM, appears to be a plausible and physically-motivated solution.

研究の動機と目的

• Paper Iの半解析的モデル（SAM）が、銀河団における観測されたICM金属量と元素比を再現できるかどうかを検証すること。
• 階層的銀河形成モデルにおいて、ICM鉄含有量が一貫して低く予測されるという問題を解決すること。
• 冷たいISMを経由せずに金属を豊富に含む星の噴出物をホットICMに直接供給する（ホットエンリッチメント）という物理的メカニズムが、乖離を是正できるかどうかを検討すること。
• 修正されたモデルが、観測された銀河の元素比と超新星発生率と整合的であるかどうかを評価すること。
• 新しい物理的プロセスが、ハロ内の全バリオン量バランスや星形成効率に影響を与えるかどうかを評価すること。

提案手法

• Paper Iの半解析的モデル（SAM）を適応し、わずかに平坦なIMF（x=1.15）とSN Iaの二成分遅延時間関数（DTD）を用いて、局所銀河の元素比を再現している。
• 80％の金属を豊富に含む星の噴出物が、冷たいISMではなくホットICMに直接供給される「ホットエンリッチメント」を導入する。
• SN Ia発生率を向上させるために、二重星の割合パラメータAを調整し、A=0.03（基準値）とA=0.04の両方の値をテストする。
• 前回の値と比較してニッケル生成過剰を抑えるために、更新されたSN Iaの生成量（Iwamoto et al. 1999, WDD3）を用いる。
• 近傍銀河団のX線観測と比較して、ICM金属量、[α/Fe]、SN Ia発生率のモデル予測を検証する。
• 局所銀河データと比較することで、モデルが銀河の性質に与える影響を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Paper Iの階層的銀河形成モデルは、観測された銀河団内媒体（ICM）の金属量と元素比を再現できるか？
• RQ2 なぜ基準モデルではICM鉄含有量が系統的に低く予測されるのか、そしてその乖離を是正する物理的メカニズムは何か？
• RQ3 ホットICMへの金属の直接供給（ホットエンリッチメント）により、ICM観測と一致するよう改善されるか？
• RQ4 SN Ia発生率の上昇が、ICMおよび銀河観測と両方の整合性に与える影響は何か？
• RQ5 ホットエンリッチメントの導入が、銀河団ハロ内の全バリオン量バランスや星形成効率に影響を与えるか？

主な発見

• Paper Iの基準モデルは、銀河の元素比を良好に再現しているが、ICM鉄含有量を系統的に低く予測している。
• 80％の金属を豊富に含む噴出物がホットICMに直接供給される「ホットエンリッチメント」を導入することで、観測されたICM金属量との一致が著しく向上した。
• 観測されたICM鉄含有量に一致させるには、より高いSN Ia発生率（A=0.04、基準値A=0.03）が必要であり、この値は特定星形成率の関数としてのSN Ia発生率観測と整合的である。
• モデルは、銀河団温度に応じたICM元素比の平坦な傾向を良好に再現し、観測データと一致した。
• 酸素（O）、ケイ素（Si）、カルシウム（Ca）、ニッケル（Ni）の一部の元素では、元素比のゼロ点が驚くほどよく再現されたが、アルゴン（Ar）と硫黄（S）はわずかに一致し、ネオン（Ne）とマグネシウム（Mg）は低く予測された。
• [Mg/Fe]比は、標準的なWW95生成量でSN IIからのMg生成量を増加させることで是正可能であり、これは生成量の不確実性が他の元素の乖離に寄与している可能性を示唆している。