[論文レビュー] Non-solar abundance ratios trends of dEs in Fornax Cluster using newly defined high resolution indices

S. Sen, R. F. Peletier+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 30, 2022

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 86被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、R ~ 5000の積分場分光法を用いてフォルナックス銀河団内の8つの質量的矮小楕円銀河（dE）で星族の質量比を測定するため、高分解能Lickスタイルのラインインデックスの新セットを導入する。これらのdEは、太陽系に比例する値よりも顕著に低いNa/Fe比を示しており、これはゆっくりとしたディスク様の形成歴と整合的である。これは、局所銀河団外の解像度の低いdEで初めてのsuchな化学組成プロキシ測定である。

ABSTRACT

We perform a detailed study of the stellar populations in a sample of massive Fornax dwarf galaxies using a set of newly defined line indices. Using data from the Integral field spectroscopic data, we study abundance ratios of eight dEs with stellar mass ranging from 10$^8$ to 10$^{9.5}$ M$_\odot$ in the Fornax cluster. We present the definitions of a new set of high-resolution Lick-style indices to be used for stellar population studies of unresolved small stellar systems. We identify 23 absorption features and continuum regions, mainly dominated by 12 elements (Na, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Y, Ba and Nd) in the wavelength range 4700 - 5400 {A} and characterise them as a function of age, metallicity and alpha element abundance ratios. We analyse eight dEs and interpret the line strengths, measured in our new high resolution system of indices, with the aid of stellar population models with high enough spectral resolution. We obtain abundance ratio proxies for a number of elements that have never been studied before for dwarf ellipticals outside the Local Group. These proxies represent relative deviations from predicted index-strengths of base stellar population models built-up following the abundance pattern of The Galaxy. The abundance proxy trend results are compared to abundance ratios from resolved stars in the Local Group, and indices from integrated light of larger early-type galaxies. We find that all our dwarfs show a pattern of abundance ratios consistent with the disk of the Milky Way, indicative of slow formation in comparison to their high mass counterparts.

研究の動機と目的

• 解像度の高いラインインデックスの新システムを構築し、解像度が低く質量が小さい星族系における正確な星族分析を可能にする。
• フォルナックス銀河団内の巨大dEで11元素（例：Na、Ca、Ti、Cr、Mn、Fe、Ni、Y、Ba、Nd）の質量比を測定する。
• dEがゆっくりとしたディスク様の星形成によって形成されたかどうかを、銀河の中心部の質量比パターンをミルキーウェイのディスク星と巨大早期型銀河のものと比較することで調査する。
• 高分解能分光データを用いて、遠方銀河団内の解像度の低いdEを分析することで、局所銀河団を超えた質量比研究を拡張する。
• ミルキーウェイのモデル予測からの相対的偏差としての質量比プロキシを提供し、銀河集団間での比較を可能にする。

提案手法

• 高分解能分光データを用いて、4700–5400 Å範囲にの23の高分解能吸収特徴および連続スペクトル領域を定義し、主に12元素に由来する。
• 低SN比、解像度の低い未解像システムに特化した新設計のLickスタイルインデックスを用いて、ライン強度を測定した。このインデックスは高分解能（R ~ 5000）に最適化されている。
• 観測されたインデックス強度を、高分解能のPEGASE.HR星族合成モデルの予測と比較した。
• ミルキーウェイの質量パターンに基づくモデル予測からの相対的偏差として、質量比プロキシを計算した。
• 速度分散（40 km s⁻¹）と低分解能データを用いて、高分解能インデックスシステムの妥当性を検証した。
• 速度分散を用いて銀河質量の関数としての質量比トレンドを追跡し、巨大早期型銀河および局所銀河団の解像された星と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フォルナックス銀河団のdE銀河は、ミルキーウェイのディスクに類似した質量比パターンを示すか？これはゆっくりとした形成を示唆する。
• RQ2 高分解能ラインインデックスは、低SN比の未解像低質量星族系において、信頼性高く質量比を測定できるか？
• RQ3 dEの質量比は、巨大早期型銀河および局所銀河団の解像された星と比較してどう異なるか？
• RQ4 局所銀河団外のdEにおける[Na/Fe]質量比はどの程度か？太陽系に比例する値と比較するとどうなるか？
• RQ5 dEの質量比トレンドは、環境的プロセス（例：ガス圧ストリッピング）によって、遅延型で星形成中の銀河から変容したという仮説を支持するか？

主な発見

• 本研究は、高分解能インデックスを用いて、局所銀河団外の未解像dEで11元素の質量比プロキシを初めて導出した。
• フォルナックス銀河団の8つのすべてのdEが、ミルキーウェイのディスクに類似した質量比を示しており、高い星族質量に対してゆっくりとした長期間の星形成を示唆している。
• これらのdEの[Na/Fe]質量比は顕著に太陽未満であり、太陽系に比例する予測値よりも著しく低い。これは、バーヴィングdEでも観測された結果と整合的である。
• dEの質量比パターンは、コンロイら（2014）の巨大銀河の質量比トレンドを低質量領域に外挿したものとよく一致しており、普遍的な形成メカニズムを示唆している。
• 低SN比および低速度分散の下でも、高分解能インデックスシステムは個々の元素の質量比を的確に分離でき、高精度な測定を可能にした。
• 結果は、dEがガスを失った遅延型星形成銀河が、ガス圧ストリッピングを経て形成され、ディスク様の化学的特徴を保持したという仮説を支持している。