[論文レビュー] The Andromeda Project. I. Deep HST-WFPC2 V,I photometry of 16 fields toward the disk and the halo of the M31 galaxy. Probing the stellar content and metallicity distribution

M. Bellazzini, C. Cacciari+3 more|CERN Bulletin|Dec 23, 2002

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 64被引用数 64

ひとこと要約

本研究では、M31のディスクおよびハロー領域の16の領域について、深さのあるHST-WFPC2 V, I フォトメトリーを提示しており、金属量が豊富な星の集団が35 kpcまで延びており、金属量分布に最小限の変化が見られる。結果として、顕著な赤色巨星回旋部と赤クラスターが確認され、[Fe/H] ~ -0.6 の支配的集団であることが示唆されており、金属量が豊富な星は、平らで古いディスク、またはM32のような衛星の潮汐破壊に起因する可能性がある。

ABSTRACT

HST-WFPC2 F555W and F814W photometry were obtained for 16 fields of the luminous nearby spiral galaxy M31, sampling the stellar content of the disk and the halo at different distances from the center, from ~ 20 to ~ 150 arcmin (i.e. ~ 4.5 to 35 kpc), down to limiting V and I magnitudes of ~ 27. The Color-Magnitude diagrams (CMD) show the presence of complex stellar populations, including an intermediate age/young population and older populations with a wide range of metallicity. Those fields superposed on the disk of M31 generally show a blue plume of stars which we identify with main sequence members. Accordingly, the star formation rate over the last 0.5 Gyr appears to have varied dramatically with location in the disk. All the CMDs show a prominent Red Giant Branch (RGB) with a descending tip in the V band, characteristic of metallicity higher than 1/10 Solar. A red clump is detected in all of the fields, and a weak blue horizontal branch is frequently present. The metallicity distributions (MDs), obtained by comparison of the RGB stars with globular cluster templates, are basically similar in all the sampled fields: they all show a long, albeit scantly populated metal-poor tail and a main component at [Fe/H] ~ -0.6. However, some differences also exist, e.g. in some fields a very metal-rich ([Fe/H] >= -0.2) component is present. Whereas the fraction of metal-poor stars seems to be approximately constant in all fields, the fraction of very-metal-rich stars varies with position and seems to be more prominent in those fields superposed on the disk and/or with the presence of streams or substructures. This might indicate and possibly trace interaction effects with some companion, e.g. M32.

研究の動機と目的

• 深さのあるHST-WFPC2フォトメトリーを用いて、M31のディスクおよびハロー領域における星の内容と金属量分布をマップすること。
• M31のハロー領域の星の集団が、特に金属量において、銀河のハロー領域と顕著に異なるかどうかを特定すること。
• さまざまな銀河中心距離における金属量および星形成歴の空間的変化を調査すること。
• 潮汐的相互作用および衛星の吸収が、M31のハローおよび外部ディスク領域の星の集団をどのように形作っているかを評価すること。
• 観測された色-等級図と金属量分布を、球状星団のテンプレートと比較して、集団の性質を推定すること。

提案手法

• M31の16の領域について、~4.5から35 kpcの銀河中心距離をカバーするF555WおよびF814Wの深さフォトメトリーを取得した。
• 各領域の色-等級図（CMD）を構築し、主系列、赤色巨星回旋部（RGB）、赤クラスター星などの星の集団を特定した。
• 球状星団のテンプレートとの比較を用いて、RGB星の金属量分布を導出し、[Fe/H]値を推定した。
• 小径方向および部分構造における中央値[Fe/H]、金属量が貧困な尾部、金属量が豊富な成分の空間的傾向を分析した。
• 空間的分布解析を用いて、ストリームやクラスターなどの部分構造を同定し、それらを金属量の変化と関連づけた。
• 青いプラム（CMDにおける青い主系列）の観察を通じて、星形成歴を評価し、中年期/若年期の主系列星として解釈した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M31のハローおよびディスク領域の星の集団における金属量分布は、銀河中心距離に応じてどのように変化するか？
• RQ2 M31の外縁部（最大35 kpc）に観測された金属量が豊富な集団の起源は何か？
• RQ3 ストリームや部分構造を示す領域において、金属量が豊富な星の割合に空間的傾向があるか？
• RQ4 M31のハロー領域の星の集団は、銀河のハロー領域とどれほど類似しているか、あるいは異なっているか？
• RQ5 観測されたCMD特徴（例：赤クラスター、青い水平枝）を用いて、支配的集団の年齢および金属量を推定できるか？

主な発見

• すべての領域で金属量分布が[Fe/H] ~ -0.6でピークを示し、金属量が貧困な尾部が長く、かつ希釈的に分布しており、35 kpcまでの銀河中心距離で最小限の変化が見られた。
• 小径方向に沿ってY ≈ 20弧分まで[Fe/H]の中央値にわずかな低下が観測されたが、この地点を超えると金属量勾配は消滅した。
• すべての領域に顕著な赤色巨星回旋部（Vバンドの先端を伴う）と明確に検出された赤クラスターが存在し、[Fe/H] > -1.0 の支配的で古い集団であることが示唆された。
• 弱い青い水平枝が頻繁に観測され、中年期と古い集団の混合を示唆した。
• 金属量が豊富な星（[Fe/H] ≥ -0.2）の割合は位置に依存し、ディスク領域やストリームなどの部分構造と関連する領域で高かった。これは、潮汐的相互作用と関連している可能性を示唆した。
• 150弧分（35 kpc）での金属量が豊富な集団の存在は、金属量が豊富な星がハロー領域に広くまで延びていることを確認しており、均一に金属量が貧困なハローであるという考えに反する。