[論文レビュー] The Fornax3D project: Planetary nebulae catalogue and independent distance measurements to Fornax cluster galaxies

T. W. Spriggs, M. Sarzi+18 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 87被引用数 13

ひとこと要約

本研究では、VLT/MUSEの積分場分光法を用いて、フォルナックス銀河団の21個の初期型銀河の中心領域における1,350個の惑星状星雲（PNe）のカタログを提示する。惑星状星雲の明るさ関数（PNLF）に適合させ、検出不完全性を補正することで、フォルナックス銀河団までの独立した距離を19.86 ± 0.32 Mpcとして算出し、表面輝度揺らぎ（SBF）測定値と良好に一致し、従来のPNLFとSBF手法の間にある矛盾を解消した。

ABSTRACT

Extragalactic planetary nebulae (PNe) offer a way to determine the distance to their host galaxies thanks to the nearly universal shape of the planetary nebulae luminosity function (PNLF). Accurate PNe distance measurements rely on obtaining well-sampled PNLFs and the number of observed PNe scales with the encompassed stellar mass. This means either disposing of wide-field observations or focusing on the bright central regions of galaxies. In this work we take this second approach and conduct a census of the PNe population in the central regions of galaxies in the Fornax cluster, using VLT/MUSE data for the early-type galaxies observed over the course of the Fornax3D survey. Using such integral-field spectroscopic observations to carefully separate the nebular emission from the stellar continuum, we isolated [OIII] 5007 {\AA} sources of interest, filtered out unresolved impostor sources or kinematic outliers, and present a catalogue of 1350 unique PNe sources across 21 early-type galaxies, which includes their positions, [OIII] 5007 {\AA} line magnitudes, and line-of-sight velocities. Using the PNe catalogued within each galaxy, we present independently derived distance estimates based on the fit to the entire observed PNLF observed while carefully accounting for the PNe detection incompleteness. With these individual measurements, we arrive at an average distance to the Fornax cluster itself of 19.86 $\pm$ 0.32 Mpc ($\mu_{PNLF}$ = 31.49 $\pm$ 0.04 mag). Our PNLF distance measurements agree well with previous distances based on surface brightness fluctuations, finding no significant systematic offsets between the two methods as otherwise reported in previous studies.

研究の動機と目的

• フォルナックス銀河団の初期型銀河の中心領域における惑星状星雲（PNe）の包括的把握を目的とし、星の背景が強く、従来の画像分光法が限界に達する環境下で行う。
• 積分場分光法を用いた、密集した銀河核におけるPNeの検出に耐えうる堅牢な手法の開発を目的とし、星の連続スペクトルとネーブラー発光を分離可能とする。
• 検出不完全性を補正した惑星状星雲明るさ関数（PNLF）を用いて、フォルナックス銀河団の銀河への独立した距離推定を実施することを目的とする。
• PNLFの普遍性を検証し、PNLFと表面輝度揺らぎ（SBF）による距離測定の間にある乖離を解消することを目的とする。

提案手法

• フォルナックス銀河団の21個の初期型銀河に対して、VLT/MUSEの積分場分光法を用いて深さのある空間分解能を持つ観測を実施した。
• 全スペクトルフィッティングを用いて星の連続スペクトルを差し引くことで、ネーブラー源からの[O III] 5007 Å線発光を分離した。
• 解像度の低い偽物および運動学的外れ値を同定・除外することで、1,350個の固有の惑星状星雲のクリーンなサンプルを生成した。
• 各銀河の観測PNLFに対して、一般化された解析的形式を用いてフィッティングを行い、モンテカルロシミュレーションを用いて検出不完全性を補正した。
• 個々のPNLFに基づく距離モジュラスを組み合わせ、フォルナックス銀河団への重み付き平均距離を算出した。
• 系統的ずれの評価のため、結果をSBFおよび他の距離指標と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 星の背景が支配的な初期型フォルナックス銀河団銀河の中心領域における惑星状星雲の分布と明るさ関数はどのようなものか？
• RQ2 積分場分光法を用いることで、高表面輝度銀河核において惑星状星雲明るさ関数（PNLF）を信頼性高く測定できるか？
• RQ3 PNLFに基づくフォルナックス銀河団までの独立した距離は何か？ また、表面輝度揺らぎ（SBF）などの既存手法と比較するとどうなるか？
• RQ4 PNLFとSBFによる距離測定間に系統的ずれがあるか？ もしあるならば、検出完全性とモデリングの向上によってそのずれを解消できるか？

主な発見

• 本研究では、フォルナックス銀河団の21個の初期型銀河にまたがる1,350個の固有の惑星状星雲のカタログを提示し、正確な位置、[O III] 5007 Åの明るさ、および視線速度を含む。
• PNLFに基づくフォルナックス銀河団までの距離モジュラスは31.49 ± 0.04 magであり、これに対応する距離は19.86 ± 0.32 Mpcである。
• PNLF距離推定値は、SBF距離と比較して顕著な系統的ずれを示さず、以前の研究で報告された矛盾を解消した。
• 平均的なPNLF距離は、Blakesleeら（2009）のSBF距離20 Mpcおよびde GrijsとBono（2020）の複数手法平均19.1 Mpcと整合的である。
• フォルナックス銀河団における初期型銀河（ETGs）の空間的分布には、BCGのNGC 1399までの距離をどのように仮定しても、質量分離の強い証拠は示さない。
• 適応光学支援MUSE観測により、PNLF法の適用距離を最大40 Mpcまで拡張可能であり、技術の有効範囲を約2倍に拡大できる可能性がある。