[論文レビュー] Integrated-light analyses vs. colour-magnitude diagrams - II. Leo A, an extremely young dwarf in the Local Group

T. Ruiz-Lara, Carme Gallart+8 more|arXiv (Cornell University)|May 11, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 114被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、Leo A（若年性のローカルグループの矮星銀河）の星形成歴（SFH）を、統合光分光法（GTC/OSIRISおよびSTECKMAPを用いて）と、HSTデータの深さの色mag図（CMD）フィッティングによるものとで比較している。両手法の間で、星形成率の時間的変化および全金属量の両方において優れた一致が得られ、高信可比の統合光分光法が、若年性の天体において、解像された星の光度計測の代替手段として信頼できることが裏付けられた。

ABSTRACT

Context. Most of our knowledge on the stellar component of galaxies is based on the analysis of distant systems and comes from integrated light data. It is important to test whether the results of the star formation histories (SFH) obtained with standard full-spectrum fitting methods are in agreement with those obtained through colour-magnitude diagram (CMD) fitting (usually considered the most reliable approach). Aims. We compare SFHs recovered from both techniques in Leo~A, a Local Group dwarf galaxy whose majority of stars formed during the last 8 Gyrs. This complements our previous findings in a field in the Large Magellanic Cloud bar, where star formation has been on-going since early epochs though at varying rates. Methods. We have used GTC/OSIRIS in long-slit mode to obtain a high-quality integrated light spectrum by scanning a selected region within Leo~A, for which a CMD reaching the old main mequence turn-off (oMSTO) is available from HST. We compared the SFH obtained from the two datasets, using state-of-art methods of integrated light ({ t STECKMAP}) and resolved stellar population analysis. In the case of the CMD, we computed the SFH both from a deep CMD (observed with HST/ACS), and from a shallower one (archival data from HST/WFPC2). Results. The agreement between the SFHs recovered from the oMSTO CMD and from full spectrum fitting is remarkable, particularly regarding the time evolution of the star formation rate. The overall extremely low metallicity of Leo~A is recovered up to the last 2 Gyrs, when some discrepancies appear. A relatively high metallicity found for the youngest stars from the integrated data is a recurring feature that might indicate that the current models or synthesis codes should be revised, but that can be significantly mitigated using a more restrictive metallicity range... [Abridged]

研究の動機と目的

• 統合光分光法が、黄金基準とされるCMDフィッティング法と比較して星形成歴（SFH）をどれほど信頼性高く回復できるかを検証すること。
• 現代のフルスペクトルフィッティングコードが、Leo Aのような若年性の星族が支配的な系において、SFHを正確に回復できるかどうかを評価すること。
• 両手法間で若年星の金属量推定値に差異が生じる理由を調査し、その原因を評価すること。
• 古くからの主系列回折星（oMSTO）に到達しない浅いCMDと高信可比の統合スペクトルの両方を用いたSFH回復性能を比較し、特に古くからの主系列回折星が欠落している系においてその影響を評価すること。
• 現実的な観測的およびモデル的不確実性を考慮した場合、両SFH推定手法の頑健性を評価すること。

提案手法

• GTC/OSIRISを用いて、長スリットモードでLeo Aの中心領域の高信可比統合光スペクトルを取得した。
• 統合スペクトルからSFHおよび金属量を導出するために、STECKMAPフルスペクトルフィッティングコードを適用した。
• 標準的なCMDフィッティング手法を用いて、古くからの主系列回折星（oMSTO）にまで達する深さのHST/ACS色mag図（CMD）を分析した。
• 深さの異なるHST/WFPC2のCMDと比較することで、光度計測の深さがSFH回復に与える影響を評価した。
• 最新の星族合成モデル（例：Vazdekis et al. 2016）を用い、年齢-金属量デゲネラシー効果を検討した。
• 金属量の範囲を制限することで、若年星の金属量に差異が生じる原因が緩和されるかどうかをテストした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 統合光分光法による分析が、深さのCMDから得られるLeo Aの星形成歴をどの程度正確に再現できるか。
• RQ2 両手法間で若年星の金属量推定値に差異が生じる主な要因が、モデルの制限か観測的バイアスに起因するのか、その程度はいかほどか。
• RQ3 古くからの主系列回折星に到達しない浅いCMDに比べ、高信可比の統合スペクトルが、より信頼できるSFH推定値を提供できるか。
• RQ4 特に1 Gyr未満の時間スケールにおいて、両手法から得られる時間分解された星形成率はどの程度一致するか。
• RQ5 星族合成モデルの金属量範囲を制限することで、統合光分光法とCMD由来のSFHの整合性はどの程度向上するか。

主な発見

• 統合光分光法と深さのCMDフィッティングから得られた星形成率（SFR）の時間的変化は、特にSFRの時間的変化において顕著な一致を示した。
• Leo Aの全金属量は両手法で一貫して回復されており、統合光分光法による結果は、銀河の歴史全体にわたってCMD由来の平均金属量と一致した。
• 最も若い星の金属量に関しては、一貫した差異が認められ、統合光分光法による推定値がCMDフィッティングより高めに推定されている。これは、年齢-金属量デゲネラシーまたはモデルの制限に起因する可能性が高い。
• 星族合成モデルの金属量範囲をより制限的に設定することで、この金属量の差異は顕著に減少した。
• 古くからの主系列回折星に到達しない浅いCMDから得られたSFHは、深さのCMDおよび統合光分光法の結果と顕著に異なる結果を示し、信頼性が低いことが示された。
• 高信可比の統合スペクトルが、古くからの主系列回折星が欠落している若年系（例：Leo A）において、浅いCMDよりも深さのCMDとより一貫したSFH推定値を提供することが示された。