[論文レビュー] SMC west halo: a slice of the galaxy that is being tidally stripped? Star clusters trace age and metallicity gradients

Bruno Dias, L. O. Kerber+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 11, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 65被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、SOAR望遠鏡の光度測定から得られたV(B-V)色-等級図を用いて、SMCの西側ハロー（WH）領域に位置する9個の星団の均質な年齢、金属量、距離、赤道量を導出する。WHでは強い年齢および金属量勾配が確認され、LMCによる潮汐剥がれに起因する低分散の年齢-金属量関係と一致しており、WHはSMCとLMCの相互作用に起因する潮汐剥がれの残骸であると示唆される。

ABSTRACT

(ABRIDGED) The evolution and structure of the Magellanic Clouds is presently under debate. The classical scenario where both the Large and Small Magellanic Clouds (LMC, SMC) are orbiting the Milky Way has been challenged by an alternative where the LMC and SMC are in their first close passage to our Galaxy. Detailed studies of stellar populations in the galaxies should constrain the proposed scenarios. In particular, the west halo of the SMC was recently characterized with radial trends in age and metallicity which indicates tidal disruption. We increase the sample of star clusters in the west halo of the SMC with homogeneous age, metallicity, and distance derivations, to determine better age and metallicity gradients. Comparisons of observed and synthetic V,(B-V) colour-magnitude diagrams are used to derive parameters for west halo star clusters. We derived age and metallicity for the reference cluster NGC 152 compatible with literature parameters. Age and metallicity gradients are confirmed in the west halo: 2.6 +/- 0.6 Gyr/deg and -0.19 +/- 0.09 dex/deg, respectively. Age-metallicity relation for the west halo has low dispersion in metallicity and it is compatible with a burst model of chemical enrichment. All WH clusters seem to follow the same predicted stellar distribution, with exception of AM-3 that should belong to the counter-bridge. Bruck 6 is only 130 +/- 40 Myr old and it could have been formed during a recent tidal interaction of the SMC-LMC. We suggest that it is crucial to split the SMC cluster population in groups: main body, wing/bridge, counter-bridge and west halo. This is the way to analyse the complex star formation and dynamical history of our neighbour. In particular we show that west halo has clear age and metallicity gradients and age-metallicity relation, also compatible with the dynamical model of tidal influence of the LMC over the SMC.

研究の動機と目的

• SMC西側ハロー領域の星団標本を、均質な年齢、金属量、距離測定を併せ持つものに拡大すること。
• WHにおける年齢および金属量勾配が、LMCとの接近時に生じた潮汐剥がれを支持するかを検証すること。
• 星団の位置および運動学的性質を、SMC-LMC相互作用の動的モデルと比較し、軌道歴を評価すること。
• 星形成および動的歴史の分析を向上させるために、SMC星団の地域別分類（本体、翼、ブリッジ、反ブリッジ、WH）を提唱すること。
• Brück 6 や AM-3 のような重要な星団を、最近の潮汐相互作用のトレーサーおよびSMCの構造的要素として特定すること。

提案手法

• SOAR 4.1m望遠鏡の観測から得たV(B-V)色-等級図（CMD）の光度解析。
• 観測されたCMDと合成CMDの比較により、各星団の年齢、金属量、距離、赤化量を導出する。
• 人工星テストを実施し、光度測定の完全性および星団メンバーの選別における信頼性を評価する。
• コントロール領域との統計的比較により、星団メンバーを特定し、場所星の混入を低減する。
• SMC中心からの距離に応じたWH領域における年齢および金属量の径方向勾配解析。
• Beslaら（2011）の動的シミュレーションと比較し、星団分布が潮汐剥がれの予測と整合するかを検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SMC西側ハロー領域の星団は、潮汐剥がれに起因する年齢および金属量の径方向勾配を示すか？
• RQ2 WHにおける年齢-金属量関係は、潮汐相互作用に続くバースト型化学増幅モデルと整合的か？
• RQ3 WH星団の空間的分布は、SMC-LMC相互作用の動的モデルの予測とどのように一致するか？
• RQ4 AM-3 や Brück 6 のような星団は、年齢および金属量に基づいて、特定の潮汐構造（例：反ブリッジ、大マゼランブリッジ）に分類可能か？
• RQ5 本体領域とWH領域の間で観測された年齢および金属量の不連続性は、別個の動的起源を示唆するか？

主な発見

• SMCの西側ハロー（WH）では、-3.7 ± 1.8 Gyr/°の負の線形係数を有する2.6 ± 0.6 Gyr/°の顕著な年齢勾配を示し、半径が大きい場所に若い星団が存在することを示している。
• 金属量勾配は-0.19 ± 0.09 dex/°であり、WH星団の[Fe/H] ≈ -0.8は、境界部における本体領域の[Fe/H] ≈ -1.3よりも顕著に高い。
• WH星団の年齢-金属量関係は低分散を示し、Pagel & Tautvaisiene（1998）のバースト型化学増幅モデルと整合的であり、短時間にわたる増幅イベントを支持する。
• Brück 6 は、本サンプルで最も若い星団であり、130 ± 40 Myr であり、WHおよびマゼランブリッジを形成した潮汐相互作用中に形成されたと整合的である。
• AM-3 はWH領域に位置するが、反ブリッジの年齢および金属量の傾向に従っており、WHの一部ではなく、剥がれた反ブリッジ星団であると考えられる。
• WH星団の空間的分布は、Besla ら（2011）の動的モデルと定性的に一致しており、SMC-LMCの潮汐相互作用に起因する星間物質の破片が、本体領域と潮汐腕の外側領域に特に顕著に予測されている。