[論文レビュー] Spatially resolved spectroscopy of Coma cluster early -- type galaxies: III. The stellar population gradients

D. Mehlert, D. Thomas+3 more|ArXiv.org|Jun 11, 2003

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 59被引用数 162

ひとこと要約

本研究では、35個のコマ銀河団の早期銀河における空間的に分解された分光観測と高度な星団モデルを用いて、年齢、金属量、α/Fe比の半径方向勾配を測定した。金属量勾配は有意であり、重力的ポテンシャルによって駆動されているが、年齢およびα/Fe勾配は無視できるほど小さく、銀河全体で均一な形成時系列と全体的なα/Fe増加を示唆しており、Mg–σ関係の起源に関する理解を再構築するものである。

ABSTRACT

We derive central values and logarithmic gradients for the Hbeta, Mg and Fe indices of 35 early-type galaxies in the Coma cluster. We find that pure elliptical galaxies have on average slightly higher velocity dispersions, lower Hbeta, and higher metallic line-strengths than galaxies with disks (S0). The gradients strongly correlate with the gradients of sigma, but only weakly with the central index values and galaxy velocity dispersion. Using stellar population models with variable element abundance ratios from Thomas, Maraston & Bender (2003a) we derive average ages, metallicities and [alpha/Fe] ratios in the center and at the effective radius. We find that the [alpha/Fe] ratio correlates with velocity dispersion and drives 30% of the Mg-sigma relation, the remaining 70% being caused by metallicity variations. We derive negative metallicity gradients (-0.16 dex per decade) that are significantly flatter than what is expected from gaseous monolithic collapse models, pointing to the importance of mergers in the galaxy formation history. The gradients in age are negligible, implying that no significant residual star formation has occurred either in the center or in the outer parts of the galaxies, and that the stellar populations at different radii must have formed at a common epoch. For the first time we derive the gradients of the [alpha/Fe] ratio and find them very small on the mean. Hence, [alpha/Fe] enhancement is not restricted to galaxy centers but it is a global phenomenon. Our results imply that the Mg-sigma local relation inside a galaxy, unlike the global Mg-sigma relation, must be primarily driven by metallicity variations alone.

研究の動機と目的

• 空間的に分解された分光観測を用いて、コマ銀河団の早期銀河における星団パラメータ（年齢、金属量、α/Fe）の半径方向勾配を測定すること。
• コマ銀河団における環境密度が星団性質およびその半径方向勾配に与える影響を調査すること。
• α/Fe感受性星団モデルを用いて、金属量とα/Fe比の寄与を分離し、局所的および全体的なMg–σ関係の駆動要因を解明すること。
• 最近の星形成または形成時系列の変動が、S0銀河における観測された線インデックス勾配を引き起こしているかどうかを検証すること。
• 3 dexの密度範囲があるにもかかわらず、銀河団コア部と外縁部における銀河形成プロセスが異なるかどうかを特定すること。

提案手法

• 主軸（10個の銀河については微小軸も）に沿った空間的に分解された長スリット分光観測を用い、Lickインデックス（Hβ、Mg b、Fe5270、Fe5335）の半径方向プロファイルを測定した。
• 可変なα/Fe比を有する星団モデル（TMB 2003a）を適用し、線インデックスを物理的パラメータ（年齢、全金属量[Z/H]、α/Fe比）に変換した。
• 1効用半径（1Re）内でのインデックスおよびドーピラー速度分散の対数勾配を計算し、半径方向変化を定量化した。
• 勾配と中心特性（ドーピラー速度分散、中心インデックス値）の相関を分析し、形成メカニズムを推定した。
• 局所的（内在的）Mg–σ関係と全体的Mg–σ関係を比較し、金属量とα/Fe比が関係に与える寄与を分離した。
• 環境的影響を検証するため、銀河団の半径方向密度プロファイル（約3 dexの範囲）にわたって星団性質および勾配を比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コマ銀河団の早期銀河における星団勾配は、3 dexの密度範囲があるにもかかわらず、環境密度に依存するか？
• RQ2 α/Fe比の半径勾配は何か？ そして、これは半径に顕著に依存するか？ これにより、形成時系列の変動が示唆されるか？
• RQ3 金属量勾配とドーピラー速度分散勾配の相関はどの程度強く、これは重力的ポテンシャルが銀河形成に果たす役割を何を示唆するか？
• RQ4 全体的Mg–σ関係と局所的Mg–σ関係の物理的駆動要因はどのように異なり、全体的関係の何パーセントがα/Fe変動、何パーセントが金属量変動に起因するか？
• RQ5 コマ銀河団のリング状銀河（S0銀河）は若い星団を有するか？ もしそうなら、これはその形成歴および環境的抑制に何を示唆するか？

主な発見

• α/Fe比には無視できるほどの半径勾配が認められ（平均勾配 ≈ 0）、α/Fe増加は銀河中心に限定されず、全体的現象であることを示している。
• 金属量勾配は有意であり、負の値（≈ –0.16 dex/十年）を示し、ドーピラー速度分散勾配と強い相関を示しており、より深いポテンシャル井が金属をより多く保持することを支持する。
• 年齢勾配は無視できるほど小さく（≈ 0）、銀河全体でほぼ同時に星が形成されたことを示し、形成時系列に顕著な半径方向変動はない。
• 全体的Mg–σ関係は金属量の変動により70%、α/Fe比の変動により30%駆動されており、後者が局所的（内在的）Mg–σ関係の主な駆動要因である。
• 局所的Mg–σ関係は金属量の変動によってのみ駆動されるが、全体的関係は金属量とα/Fe比の両方の変動によって駆動されており、物理的起源が異なる。
• 星団性質またはその勾配と、銀河団中心からの距離や環境密度との間に顕著な相関は認められず、環境的影響がコマ銀河団の早期銀河の進化を顕著に変化させなかったことを示している。