[論文レビュー] Revisiting the relation between the number of globular clusters and galaxy mass for low mass galaxies

Dennis Zaritsky|arXiv (Cornell University)|Apr 13, 2022

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 59被引用数 22

ひとこと要約

本研究では、銀河のスケーリング関係に基づく新規な質量推定法を用いて、低質量銀河における球状銀河団（GC）数–銀河質量（NGC–MT）関係を再検討した。その結果、MT ∼10⁸.⁷⁵ M⊙までほぼ線形のNGC ∝ MT⁰.⁹²±⁰.⁰⁸関係が成立することが判明し、合体駆動型または階層的形成モデルに挑戦するものであり、平均で1個未満のGCしか持たない銀河でさえも、GC形成が堅牢で連続的なプロセスである可能性を示唆している。

ABSTRACT

Using a new method to estimate total galaxy mass (M$_{ m T}$) and two samples of low luminosity galaxies containing measurements of the number of globular clusters (GCs) per galaxy (N$_{ m GC}$), we revisit the N$_{ m GC}-$M$_{ m T}$ relation using a total of 203 galaxies, 157 of which have M$_{ m T}$ $\ \le 10^{10}$ M$_\odot$. We find that the relation is nearly linear, N$_{ m GC} \propto$ M$_{ m T}^{0.92\pm0.08}$ down to at least M$_{ m T} \sim 10^{8.75}$ M$_\odot$. Because the relationship extends to galaxies that average less than one GC per galaxy and to a mass range in which mergers are relatively rare, the relationship cannot be solely an emergent property of hierarchical galaxy formation. The character of the radial GC distribution in low mass galaxies, and the lack of mergers at these galaxy masses, also appears to challenge models in which the GCs form in central, dissipatively concentrated high-density, high-pressure regions and are then scattered to large radius. The slight difference between the fitted power-law exponent and a value of one, leaves room for a shallow M$_{ m T}$-dependent variation in the mean mass per GC that would allow the relation between total mass in GCs and M$_{ m T}$ to be linear.

研究の動機と目的

• 合体がまれで階層的集積が顕著でない低質量銀河におけるNGC–MT関係の延長を図ること。
• 光度が低い銀河において、既知のGC数と照らし合わせた正確な全質量（MT）測定値の不足を解消すること。
• 10¹⁰ M⊙未満の質量領域においてもNGC–MT関係が線形のままであるかを検証し、階層的集積の顕在的性質に起因するとするモデルに挑戦すること。
• 平均で1個未満のGCしか持たない銀河を含め、さまざまな銀河質量におけるGC形成の一貫性を評価すること。
• 運動論的質量測定が不適切な大規模サンプルにおいて、スケーリング関係がMTの代理として有効であるかを評価すること。

提案手法

• スペクトロスコピック運動論的測定ではなく、銀河のスケーリング関係（サイズ–光度、Tully–Fisherなど）を用いて全銀河質量（MT）を推定する。
• これらのスケーリング関係を、GC数が測定済みの低光度銀河の2つの大規模サンプル（Forbes et al. 2020 および Carlsten et al. 2021a）に適用する。
• Forbes et al. (2020) のNGC値を、Saifollahi et al. (2022) のHSTベースの完全性補正と重複部分に基づき、中央値乗法補正（0.27）を用いて再キャリブレーションする。
• ビニングされたデータを用いた統計的解析により、NGC–MT関係のべき乗指数を特定する。
• スケーリング関係法の妥当性を検証するため、動力学的質量推定値と比較し、線形性との整合性を評価する。
• 距離および明るさの補正に、WMAP9宇宙論および太陽のVバンド絶対等級4.81を用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 合体がまれな質量 ∼10⁸.⁷⁵ M⊙ の銀河領域まで、NGC–MT関係が線形のままであるか？
• RQ2 運動論的測定が不適切な低光度銀河において、銀河のスケーリング関係が全質量（MT）の信頼できる代理指標として機能するか？
• RQ3 観測されたNGC–MT関係は、階層的銀河形成の顕在的性質に起因するものか、それともGC形成の根本的で連続的なプロセスを反映しているのか？
• RQ4 GC検出の完全性補正が、研究間でのNGC測定値の正規化および比較可能性にどのように影響するか？
• RQ5 低質量銀河におけるGCの半径分布は、合体駆動型のクラスタ再配置を含むモデルにどのような示唆をもたらすか？

主な発見

• NGC–MT関係はべき乗則でよく記述され、指数が 0.92 ± 0.08 であり、MT ∼10⁸.⁷⁵ M⊙ までほぼ線形であることが示された。
• 平均で1個未満のGCしか持たない銀河に対してもこの関係が成立しており、低質量領域におけるGC形成が閾値に依存しないことを示唆している。
• 低質量銀河におけるGCの半径分布は、星の分布とよく一致しており、ハローに合体駆動型の散乱が必要であるとするモデルと矛盾する。
• 観測された線形性は、階層的集積や合体活動に起因する顕在的性質に起因するとするモデルに挑戦する。
• 本研究では、観測された最低質量領域まで、NGC–MT関係に折り返しや閾値の兆候を確認できず、最近の一部のシミュレーションの予測と矛盾する。
• 結果から、GC形成は広範な銀河質量範囲にわたりほぼ一定の効率で行われており、初期宇宙におけるバリオンの流れ運動と関連している可能性が示唆される。