[論文レビュー] Nearby early-type galaxies with ionized gas. III. Analysis of line-strength indices with new stellar population models

F. Annibali, A. Bressan+3 more|Phaidra (Universität Wien)|Sep 6, 2006

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 89被引用数 92

ひとこと要約

本研究では、α要素の過剰を含む新しい単一星族（SSP）モデルを用いて、65個の近距離における早期型銀河の星族特性を分析し、複数の半径でLick線強度インデックスから年齢、金属量、[α/Fe]を導出している。主な結果として、金属量と[α/Fe]は中心速度分散と強く正の相関を示し、質量の大きな銀河では星形成がより効率的かつ短時間に集中していることを示唆している。一方、低密度環境に位置する若い銀河は、全質量の25％未満にわたる最近の再生化イベントによるものと考えられる。

ABSTRACT

In this paper we study the underlying stellar population of a sample of 65 nearby early-type galaxies predominantly located in low density environments. Ages, metallicities and [alpha/Fe] ratios have been derived through the comparison of Lick indices measured at different galacto-centric distances with new SSP models which account for the presence of alpha/Fe enhancement. The SSPs cover a wide range of ages, metallicities and [alpha/Fe] ratios. To derive the stellar population parameters we have devised an algorithm based on the probability density function. We derive a large spread in age ((1-15) Gyrs). Age does not show any significant trend with central velocity dispersion sigma_c but E galaxies appear on average older than S0. On the contrary, an increasing trend of metallicity and [alpha/Fe] with sigma_c is observed, testifying that the chemical enrichment was more efficient and the duration of the star formation shorter in more massive galaxies. We have also sought for possible correlations with the local galaxy density but neither metallicity nor alpha-enhancement show clear trends. However we find that while low density environments (LDE) contain very young objects (from 1 to 4 Gyr), none of the galaxies in the higher density environments (HDE) is younger than 5 Gyrs. Considering the lack of environmental effect on the [alpha/Fe] ratio and the high value of [alpha/Fe] in some young massive objects, we argue that young galaxies in LDE are more likely due to recent rejuvenation episodes. By comparing the number of rejuvenated objects with the total number of galaxies in our sample, and by means of simple two-SSP component models, we estimate that, on average, the rejuvenation episodes do not involve more than 25 % of the total galaxy mass.

研究の動機と目的

• 65個の近接した早期型銀河に含まれるイオン化ガスを伴う星族の基本的特性（年齢、金属量、[α/Fe]）を特定すること。
• これらの星族パラメータが銀河のポテンシャル（中心速度分散σcを用いて）および局所的環境密度（ρxyz）とどのように相関するかを調査すること。
• 環境的条件が早期型銀河の形成と進化に果たす役割、特に再生化イベントを通じての影響を評価すること。
• 星族の空間勾配を分析し、星形成および化学的増幅プロセスの半径方向進化を推察すること。

提案手法

• 各銀河の銀河中心からの異なる半径で、7つの開口部および4つの半径勾配を用いてLick線強度インデックスを測定し、星族特性を異なるガラクティック半径で探査した。
• 観測されたインデックスを、年齢（1–16 Gyr）、金属量（0.0004 ≤ Z ≤ 0.05）、[α/Fe]（0–0.8）の広い範囲で可変な[α/Fe]比を含む新しい単一星族（SSP）モデルと比較した。
• 年齢と金属量のデゲネラシーを1σ信頼区間内で解消できる、(年齢, Z, [α/Fe])空間における確率密度関数の全分布を計算するアルゴリズムを適用した。
• 若年銀河における再生化イベントに関与する質量分率を推定するために、2成分SSPモデルを用いた。
• 金属量、年齢、[α/Fe]の半径勾配を分析し、星形成および増幅効率の空間的分布を推察した。
• 星族パラメータを中心速度分散（σc）および局所的銀河密度（ρxyz）と相関させ、環境的および力学的要因の影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 年齢、金属量、[α/Fe]は早期型銀河全体でどのように変化するか。また、それらは銀河の形成時スケールに何を明らかにするか？
• RQ2 星族パラメータと中心速度分散（σc）との関係は何か。これは重力的ポテンシャルが銀河形成に果たす役割に何を示唆するか？
• RQ3 特に若い銀河において、星族パラメータに局所的銀河密度（ρxyz）の影響が検出可能か？
• RQ4 マージナリゼーションイベント（例：大規模合体）のような再生化イベントが、早期型銀河の質量集積にどの程度寄与しているか？
• RQ5 金属量、年齢、[α/Fe]の半径勾配は、星形成および化学的増幅の空間的・時間的進化をどのように反映しているか？

主な発見

• 星族の年齢は数Gyrから15Gyrにわたり広範囲に分布しており、楕円銀河（平均8.7Gyr）はリング型銀河（平均6.3Gyr）よりも古く、中心速度分散に顕著な傾向は認められない。
• 金属量と[α/Fe]は中心速度分散（σc）と強く正の相関を示しており、質量の大きな銀河では化学的増幅がより効率的で、星形成の時間スケールが短いことを示唆している。
• [α/Fe]比は約0.22でピークを示し、年齢や金属量と比較して分布が狭いことから、形成時スケールの制約にα過剰の役割が重要であることが裏付けられる。
• 低密度環境（ρxyz ≤ 0.4）に位置する銀河は非常に若い対象（1–4Gyr）を有するが、高密度環境（HDE）では5Gyr未満の銀河は一切存在せず、最近の星形成が環境的要因で抑制されている可能性を示唆している。
• 若い銀河における[α/Fe]に環境依存性がないことから、長期間にわたる星形成ではなく、主にマージナリゼーションイベント（おそらく大規模合体）に起因する再生化が、低密度領域における最近の星形成を説明していると考えられる。
• 半径勾配は金属量に明確な負の勾配（Δlog Z/Δlog(r/re) ∼ -0.21）を示し、年齢と[α/Fe]はre/2以内で比較的平坦なまま維持されている。これは中心領域で星形成の時間スケールが一様であり、中心部での効率が高まっていることを示している。