[論文レビュー] The Formation History of the Ultra-Faint Dwarf Galaxies

T. M. Brown, Jason Tumlinson+12 more|arXiv (Cornell University)|Oct 2, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、6つの超微弱矮星族銀河のハッブル宇宙望遠鏡による画像測光を用いて、星形成歴を再構築した。その結果、星形成は120億年以上前に始まり、かつての星形成のピークが非常に同期的であることが判明した。これらの結果は、再イオン化がこれらの銀河における星形成を遮断したという仮説を支持しており、初期宇宙の化石的遺物としての役割を果たし、ラムダ冷暗黒物質モデルにおける「欠落した衛星問題」の解決策を提供する。

ABSTRACT

We present early results from a Hubble Space Telescope survey of the ultra-faint dwarf galaxies. These Milky Way satellites were discovered in the Sloan Digital Sky Survey, and appear to be an extension of the classical dwarf spheroidals to low luminosities, offering a new front in the efforts to understand the missing satellite problem. Because they are the least luminous, most dark matter dominated, and least chemically evolved galaxies known, the ultra-faint dwarfs are the best candidate fossils from the early universe. The primary goal of the survey is to measure the star-formation histories of these galaxies and discern any synchronization due to the reionization of the universe. We find that the six galaxies of our survey have very similar star-formation histories, and that each is dominated by stars older than 12 Gyr.

研究の動機と目的

• 10億年未塔の精度で、超微弱矮星族（UFD）銀河の星形成歴（SFH）を測定すること。
• 再イオン化によって引き起こされる星形成抑制の予測に従い、UFDのSFHが同期的であるかどうかを検証すること。
• 低質量のダークマター・ハローにおける星形成の停止に再イオン化が果たす役割を評価すること。
• UFDが化学的進化が最小限に抑えられた化石銀河であり、初期に形成されたものと一致するかどうかを特定すること。
• これらの古代的でダークマターが支配的な系における初期質量関数（IMF）の特徴を調査すること。

提案手法

• ACSおよびWFC3を用いて、F606WおよびF814Wフィルターでの深宇宙望遠鏡画像を取得し、高精度な色-等級図（CMD）を得た。
• HSTの測光とKeck/DEIMOSのスペクトロスコピーを統合し、各銀河の金属量分布関数（MDF）を導出し、年齢-金属量のデゲネラシーを解消した。
• 低金属量（[Fe/H] = -4）をカバーする高精度の等歳線と、更新された物理的モデルを用いた合成CMDモデリングにより、観測されたCMDに適合させた。
• MSTO-HBの明るさ差を用いて、古代の球状星団M92との経験的比較を実施し、年齢推定の基準とした。
• 全6つのUFDをヘラクレス座フレームに合わせて整列させ、星形成歴の類似性を評価するための複合CMD解析を実施した。
• メンバー確率と[O/Fe]の変動を段階的に改善しながら、星形成歴の反復的フィッティングを実施し、後期の星形成の可能性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 再イオン化のような共通の物理的要因によって引き起こされるものと予想されるように、超微弱矮星族銀河の星形成歴は約10億年以内に同期的であるか？
• RQ2 超微弱矮星族銀河の支配的星形成群の平均年齢は何か？ また、球状星団のような他の古代系と比較するとどうなるか？
• RQ3 金属量分布関数に見られるわずかな金属豊富な星の集団は、星形成の後続バーストや場所外の汚染を示唆しているか？
• RQ4 UFDにおける初期質量関数は、銀河系の場所や明るい矮星族衛星と異なるか？
• RQ5 観測されたCMDの形状は、UFDが再イオン化以前に形成された化石銀河であるという仮説を支持するか？

主な発見

• サンプルに含まれる6つの超微弱矮星族銀河は、120億年以上前に形成された星に支配されており、過去約100億年間で顕著な星形成は見られない。
• 全6つのUFDの星形成歴は、ヘラクレス座フレームに合わせた際にほぼ区別できないCMDを示すなど、約10億年以内に同期的である。
• 主系列の転回点（MSTO）と水平回廊（HB）の明るさ差は、平均年齢が約127.5億年であることに一致しており、球状星団M92の年齢と同等である。
• 金属量分布関数に、[Fe/H] > -2 の金属豊富な星の少数集団が存在しており、場所外の汚染や極めて限定的な後期星形成の可能性を示唆している。
• 最初に分析した2つの銀河（ヘラクレスとレオIV）における初期質量関数は、銀河系の場所や明るい矮星族衛星と比較してより平坦であることが判明し、低金属量におけるIMFの違いの可能性を示している。
• 全6つの銀河でCMDの形状が均一で、古代の球状星団に類似していることから、化学的進化が最小限に抑えられた化石銀河としての特徴が裏付けられている。