[論文レビュー] The globular cluster system of NGC 1316 - III. Kinematic complexity

T. Richtler, M. Hilker+4 more|El Servicio de Difusión de la Creación Intelectual (National University of La Plata)|Jun 11, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 56被引用数 15

ひとこと要約

本研究では、VLT/FORS2を用いたマルチオブジェクトスぺクトロスコピーを用いて、NGC 1316内の177個の球状星団の径速度を測定し、単純な動力学的モデルと整合しない複雑な運動学的構造を明らかにした。西南部に1600 km/sの顕著な速度ピークが観測され、ディスク様の構造を示唆しており、中心部の高いダークマター密度（約0.2 M⊙/pc³）は予想されるスパイラル起源の形態と矛盾しており、標準的なΛCDMモデルに挑戦するが、MONDの予測と整合する。

ABSTRACT

Context. The merger remnant NGC 1316 (Fornax A) is one of the most important objects regarding the investigation of and thus an important object to study merger-related processes. A recent photometric study used globular clusters in NGC 1316 to constrain its star formation history, but without the knowledge of individual radial velocities. The kinematical properties of the globular cluster system in comparison with the diffuse stellar light might give more insight into the formation of NGC 1316. Of particular interest is the dark matter content. Planetary nebulae in NGC 1316 indicate a massive dark halo, and globular cluster velocities provide independent evidence. Aims. We aim at measuring radial velocities of globular clusters in NGC 1316. We use these kinematical data to investigate the global structure of NGC 1316 and to constrain the dark matter content.Methods. We perform multiobject spectroscopy with VLT/FORS2 and MXU. Out of 562 slits, we extract radial velocities for 177 globular clusters. Moreover, we measure radial velocities of the integrated galaxy light, using slits with a sufficiently bright sky. To these data, we add 20 cluster velocities from the literature. In an appendix, we identify new morphological features of NGC 1316 and its companion galaxy NGC 1317. Results. The GC sample based on radial velocities confirms the colour peaks already found in our photometric study. The bright clusters, which probably have their origin in a 2 Gyr old starburst and younger star formation events, avoid the systemic velocity. A Gaussian velocity distribution is found only for clusters fainter than about m R = 22 mag. The velocity distribution of clusters shows a pronounced peak at 1600 km s-1 . These clusters populate a wide area in the south-western region which we suspect to be a disk population. Globular clusters or subsamples of them do not show a clear rotation signal. This is different from the galaxy light, where rotation along the major axis is discernable out to 3′ radius. The kinematic major axis of NGC 1316 is misaligned by about 10° with the photometric major axis, which might indicate a triaxial symmetry. A simple spherical model like that suggested by dynamical analyses of planetary nebulae also reproduces the velocity dispersions of the faint globular clusters. Conclusions. The central dark matter density of the present model resembles a giant elliptical galaxy. This contradicts population properties which indicate spiral galaxies as pre-merger components. Modified Newtonian dynamics (MOND) would provide a solution, but the kinematical complexity of NGC 1316 does not allow a really firm conclusion. However, NGC 1316 might anyway be a problem for a cold dark matter scenario, if the high dark matter density in the inner region is confirmed in future studies.

研究の動機と目的

• NGC 1316内の球状星団の径速度を測定し、その運動学的構造とダークマター含量を調査すること。
• 球状星団系が単純な動力学的モデルと整合しない複雑な合体歴を反映しているかどうかを調査すること。
• 観測された速度分散と運動学と比較して、球対称なダークマターハローのモデルの妥当性を検証すること。
• 中心部の高いダークマター密度がΛCDMのパラダイムに与える影響を評価すること。
• 球状星団の運動学と拡散星の光との比較を通じて、ずれや構造的サブコンポーネントを特定すること。

提案手法

• VLT/FORS2およびMXUを用いたマルチオブジェクトスぺクトロスコピーにより、広い視野にわたる177個の球状星団の径速度を取得した。
• 半径4′まで68か所で銀河全体の光の平均径速度を測定し、星団の運動学と比較した。
• Goudfrooijら（2001b）が以前に発表した20件の速度データを組み合わせることで、サンプルサイズを拡大した。
• ペーパーIの光度構造を用いて、観測された速度分散に適合する球対称な動力学的モデルを適用した。
• 対数的ダークマターハロー分布を用いて運動学をモデル化し、観測された速度分散に一致するようにパラメータを調整した。
• 運動学的結果を惑星状星雲のデータや理論的モデルと比較し、ΛCDMおよびMONDとの整合性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 1316の球状星団系は、複雑な合体歴を示す運動学的サブ構造を示しているか？
• RQ2 特に銀河の光度的主軸に照らして、球状星団の空間的および運動学的分布はいかなるものか？
• RQ3 球対称なダークマターハローのモデルは、球状星団系の観測された速度分散を再現できるか？
• RQ4 なぜNGC 1316の中心部のダークマター密度が高く、そのおそらくスパイラル起源の形態から予想されるものと矛盾しているのか？
• RQ5 高いダークマター密度と速度分散の傾向を踏まえて、運動学的結果はΛCDMとMONDの予測とどのように比較されるか？

主な発見

• 球状星団系は、C-R = 1.4（2 Gyrの星形成バースト）とC-R = 1.1（0.8 Gyrの星形成バースト）にピークを持つ二峰性の色分布を示し、最近の星形成イベントを確認した。
• 明るい球状星団（MR ≈ -10 mag）は系統速度を避けているため、破壊されたか拡張された星の構造の一部である可能性がある。
• 西南部に1600 km/sの強い速度ピークが観測され、やや明るさが低い星団と関連しており、ディスク様のサブ構造を示唆している。これは、矮星団のL1残骸と関連している可能性がある。
• 速度分散は、星団の明るさが低下するにつれて増加し、やや明るい星団（MR > 22 mag）では約200 km/sに達する。これは質量分離または動力学的進化の効果を示唆している。
• 銀河の光は、光度的主軸に沿って半径3′まで明確な回転（振幅約130 km/s）を示すが、球状星団系には同様の信号は検出されなかった。
• r₀ = 5 kpcおよびv₀ = 320 km/sの球対称なダークマターハローは、観測された運動学を再現でき、中心部のダークマター密度は約0.2 M⊙/pc³となった。これは巨大楕円銀河としては一般的な値であるが、予想されるスパイラル起源の形態とは矛盾する。