[論文レビュー] Looking into the faintEst WIth MUSE (LEWIS): on the nature of ultra-diffuse galaxies in the Hydra-I cluster.I. Project description and preliminary results

E. Iodice, M. Hilker+24 more|arXiv (Cornell University)|Aug 22, 2023

Astronomy and Astrophysical ResearchPhysics and Astronomy被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、MUSEを用いてハイドラI銀河団内の30個の超拡散銀河（UDG）を対象とした、初の均一な総合的フィールド分光観測調査であるLEWIS調査を提示する。UDG11については、低速度分散（σ = 20 ± 8 km/s）、古さ（10 ± 1 Gyr）、金属不足の星族（[M/H] = −1.17 ± 0.11 dex）、および高い動的質量光度比（M/L_V ≈ 14）が明らかになった。これは、古典的矮星族銀河に類似した暗黒物質主導のハローを示しており、銀河団合体過程中の外部的クエンチングを示唆している。

ABSTRACT

Looking into the faintEst WIth MUSE (LEWIS) is an ESO large observing programme aimed at obtaining the first homogeneous integral-field spectroscopic survey of 30 extremely low-surface brightness (LSB) galaxies in the Hydra I cluster of galaxies, with MUSE at ESO-VLT. The majority of LSB galaxies in the sample (22 in total) are ultra-diffuse galaxies (UDGs). The distribution of systemic velocities Vsys ranges between 2317 km/s and 5198 km/s and is centred on the mean velocity of Hydra I (Vsys = 3683 $\pm$ 46 km/s). Considering the mean velocity and the velocity dispersion of the cluster, 17 out of 20 targets are confirmed cluster members. To assess the quality of the data and demonstrate the feasibility of the science goals, we report the preliminary results obtained for one of the sample galaxies, UDG11. For this target, we derived the stellar kinematics, including the 2-dimensional maps of line-of-sight velocity and velocity dispersion, constrained age and metallicity, and studied the globular cluster (GC) population hosted by the UDG. Results are compared with the available measurements for UDGs and dwarf galaxies in literature. By fitting the stacked spectrum inside one effective radius, we find that UDG11 has a velocity dispersion $σ= 20 \pm 8$ km/s, it is old ($10\pm1$ Gyr), metal-poor ([M/H]=-1.17$\pm$0.11 dex) and has a total dynamical mass-to-light ratio M$/L_V\sim 14$, comparable to those observed for classical dwarf galaxies. The spatially resolved stellar kinematics maps suggest that UDG11 does not show a significant velocity gradient along either major or minor photometric axes. We find two GCs kinematically associated with UDG11. The estimated total number of GCs in UDG11, corrected for the spectroscopic completeness limit, is $N_{GC}= 5.9^{+2.2}_ {-1.8}$, which corresponds to a GC specific frequency of $S_N = 8.4^{+3.2}_{-2.7}$.

研究の動機と目的

• MUSEを用いて銀河団内における超拡散銀河（UDG）の初の均一な総合的フィールド分光観測調査を実施すること。
• ハイドラI銀河団内のUDGの運動学的性質、星族および球状銀河（GC）の性質を特定すること。
• UDGが内部的プロセスか外部環境的クエンチングによって形成されたかを、古典的矮星族と比較して評価すること。
• 動的および構造的性質を古典的矮星族と照らし合わせることで、UDG形成メカニズムのベンチマークを確立すること。

提案手法

• ハイドラIの低表面輝度銀河30個に対して、ESOの非常に大きな望遠鏡（VLT）を用いたMUSEによる深さと高スペクトル分解能を持つ総合的フィールド分光観測を実施。
• MUSEデータキューブの低減およびキャリブレーションを、MUSE Python Data Analysis Framework（MPDAF）および標準パイプラインを用いて実施。
• SN比 ≥10 を満たすボロノイ分割法を用いて星族の運動学を導出し、視線速度および速度分散の2次元マップを生成。
• スペクトルエネルギー分布（SED）フィッティングおよび星族合成モデリングにより、1つの有効半径内での積算スペクトルから年齢、金属量、質量光度比を推定。
• 径方向速度測定と分光検出限界の補正を用いて、球状銀河（GC）の同定および運動学的関連性を特定。
• 得られた動的質量および質量光度比を、文献に記載された古典的矮星族銀河および他のUDGと比較。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2次元の星族速度および速度分散マップによって示されるUDG11の固有の運動学的構造は何か？
• RQ2 UDG11の年齢、金属量、質量光度比は何か？ そして、古典的矮星族銀河と比較してどう異なるか？
• RQ3 UDG11はいくつの球状銀河を有しており、その固有周波数は形成歴を示唆するか？
• RQ4 UDG11は銀河団のメンバーであるか？ その径方向速度分布は、その動的状態および環境的歴史をどのように示唆するか？
• RQ5 UDG11の動的および星族的性質は、超拡散銀河の形成メカニズムにどのような示唆を与えるか？

主な発見

• 1つの有効半径内での積算スペクトルから測定されたUDG11の速度分散は、σ = 20 ± 8 km/sであり、動的におとなれた系であると一致する。
• UDG11は古く、推定年齢は10 ± 1 Gyrであり、金属不足で、金属量は[M/H] = −1.17 ± 0.11 dexである。
• 1つの有効半径内での全動的質量光度比は、M/L_V ≈ 14 M⊙/L⊙であり、古典的矮星族銀河と同等である。
• 空間分解能のある運動学的解析では、主または副の光度的軸に沿って顕著な速度勾配は認められず、平均速度分散は⟨σ⟩_e = 27 ± 8 km/sであった。
• 2つの球状銀河がUDG11と運動学的に関連しており、完全性補正を施した結果、GC総数はN_GC = 5.9+2.2−1.8と推定され、固有周波数S_N = 8.4+3.2−2.7が得られた。
• MUSEキューブに発光線が認められないことから、UDG11は電離ガスを有さないことが示され、クエンチ状態にあると支持される。また、その性質は、銀河団合体過程中の外部的クエンチングによって生じた可能性を示唆している。