[論文レビュー] Spectroscopic metallicities for Fornax UCDs, GCs and dE,Ns

Steffen Mieske, M. Hilker+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 19, 2005

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 72

ひとこと要約

本研究では、Fornax銀河団の26個のコンパクトな対象について分光的金属量を提示し、MV ≈ −11 magの付近で金属量の断片が観測された。これは、金属量が豊富な超コンパクト矮星銀河（UCD, [Fe/H] = −0.62 ± 0.05 dex）と金属量が貧困な球状銀河（GC, [Fe/H] = −1.18 ± 0.15 dex）に分かれる。UCDの金属量は、dE,N核よりも0.75 dex高いが、若年高質量クラスタ（YMC）に類似しており、これはUCDがガスを豊富に含む合体によって形成されたものであり、矮星銀河の剥ぎ取り核として形成されたものではない可能性を示唆する。

ABSTRACT

Various formation channels for the puzzling ultra-compact dwarf galaxies (UCDs) have been proposed in the last few years. To better judge on some of the competing scenarios, we present spectroscopic [Fe/H] estimates for a sample of 26 compact objects in the central region of the Fornax cluster, covering the magnitude range of UCDs and bright globular clusters. We find a break in the metallicity distribution of compact objects at M_V ~ -11 mag (~3*10^6 M_sun): for M_V-11 mag. This metallicity break is accompanied by a change in the size-luminosity relation for compact objects, as deduced from HST-imaging: for M_V-11 mag, r_h is almost luminosity-independent. We therefore assume a limiting absolute magnitude of M_V=-11 mag between UCDs and globular clusters. The mean metallicity of five Fornax dE,N nuclei included in our study is about 0.8 dex lower than that of the UCDs, at 4.5 sigma significance. Because of this large metallicity discrepancy we disfavor the hypothesis that most of the Fornax UCDs are the remnant nuclei of tidally stripped dE,Ns. Our metallicity estimates for UCDs are closer to but slightly below those derived for young massive clusters (YMCs) of comparable masses. We therefore favor a scenario where most UCDs in Fornax are successors of merged YMCs produced in the course of violent galaxy-galaxy mergers. It is noted that in contrast to that, the properties of Virgo UCDs are more consistent with the stripping scenario, suggesting that different UCD formation channels may dominate in either cluster.

研究の動機と目的

• Fornax銀河団のコンパクト対象の分光的金属量（[Fe/H]）を特定し、競合するUCD形成メカニズムを区別すること。
• UCDが潮汐的に剥ぎ取られたdE,N核の残骸であるという仮説を検証するため、UCDの金属量とdE,N核の金属量を比較すること。
• 金属量および構造的性質に基づいて、UCDが高質量球状銀河と比較してどの程度一致するかを評価すること。
• 合体率やクラスターポテンシャルといった環境要因がUCD形成に与える影響を、FornaxとVirgo銀河団のUCD特性を比較することで調査すること。
• 金属量とサイズ-光度関係を用いて、UCDとGCの光度に基づく物理的区別を確立すること。

提案手法

• Fornax銀河団の26個のコンパクト対象について、MV = −13.4 から −10.4 mag の範囲で高分解能分光観測を実施した。
• 星のスペクトルにおける吸収ラインの深さを用いて、鉄族元素に注目して[Fe/H]を測定した。
• HST/ACSの画像データを統合し、半光半径（rh）を導出し、サイズ-光度スケーリング関係を分析した。
• UCD、GC、dE,N核の金属量分布を比較し、形成メカニズムの妥当性を評価した。
• 色-等級図データと光度赤方偏移を用いて、金属量推定値と進化モデルの整合性を検証した。
• 統計的検定（例：3.7σおよび4.5σの有意水準）を用いて、金属量集団間の差を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Fornax銀河団において、MV < −11 mag のUCDとMV > −11 mag の球状銀河の間で、顕著な金属量の差が存在するか？
• RQ2 FornaxのUCDの金属量は、剥ぎ取りられたdE,N核のものと一致するか？ これにより、潮汐的剥ぎ取り仮説が支持されるか？
• RQ3 FornaxのUCDの金属量は、若年高質量クラスタ（YMC）のものとより一致するか？ これにより、クラスターマージャーによる形成メカニズムが示唆されるか？
• RQ4 FornaxとVirgo銀河団における環境要因（例：合体率、クラスターポテンシャル）は、UCD形成チャネルにどのような影響を及ぼすか？
• RQ5 MV ≈ −11 mag の付近で、コンパクト対象のサイズ-光度関係が変化するか？ これにより、UCDとGCの物理的区別が支持されるか？

主な発見

• MV ≈ −11 mag の付近で金属量の断片が観測された。UCD（MV < −11 mag）の金属量は[Fe/H] = −0.62 ± 0.05 dexであり、GC（MV > −11 mag）の[Fe/H] = −1.18 ± 0.15 dex より顕著に高い（3.7σの有意水準）。
• サイズ-光度関係はMV ≈ −11 mag の付近で変化する：UCDではrhが光度に比例してスケーリングするが、GCではほぼ一定のままである。これは、両者に物理的差異があることを支持する。
• dE,N核の平均金属量は[Fe/H] = −1.38 ± 0.15 dexであり、UCDの金属量より0.75 ± 0.17 dex低い。この差は4.5σの有意水準で有意である。
• UCDとdE,N核の金属量差は、それらの(V−I)色差から予想されるよりもわずかに大きい。これは、UCDがdE,N核と同世代、またはわずかに若い可能性を示唆する。
• FornaxのUCDの金属量は、同程度の質量を持つYMCのものに近く、わずかに低い。これは、ガス豊富な合体によって形成されたYMCのマージーがUCD形成のメカニズムであることを支持する。
• データは、FornaxのUCDが潮汐的剥ぎ取りによって形成されたという仮説を否定する。UCDの高い金属量は、剥ぎ取られた核が金属量が貧困であるはずという予想に反する。代わりに、YMCのマージー形成メカニズムが支持され、これはVirgo銀河団とは対照的である（Virgoでは剥ぎ取りが支配的である可能性がある）。