[論文レビュー] The globular cluster system of NGC 1399 V. dynamics of the cluster system out to 80 kpc

Y. Schuberth, Thomas Richtler+5 more|El Servicio de Difusión de la Creación Intelectual (National University of La Plata)|Nov 2, 2009

Scientific Research and Discoveries参考文献 107被引用数 119

ひとこと要約

本研究は、VLTおよびGeminiの分光観測を用いて、NGC 1399の700個の球状星団の径方向速度を80 kpcまで分析し、運動的に異なる赤（金属過剰）および青（金属欠乏）のサブグループを特定した。赤星団は銀河の星の分布を追跡し、$8.0 \times 10^{12} M_\odot$ の準拡散核を持つ暗黒物質ハローを必要とするが、青星団は高速外れ値を示しており、フォルナックス銀河団からの捕獲を示唆し、銀河間球状星団の顕著な存在と異なる動力学的歴史を示唆している。

ABSTRACT

(Abridged) We use the largest set of globular cluster velocities obtained so far of any elliptical galaxy to revise and extend the previous investigations of the dynamics of NGC 1399, the central dominant galaxy of the nearby Fornax cluster of galaxies. Our sample now comprises velocities for almost 700 GCs with projected galactocentric radii between 6 and 100 kpc. In addition, we use velocities published by Bergond et al. (2007). We study the kinematics of the metal-poor and metal-rich subpopulations and perform spherical Jeans modelling. The most important results are: The metal-rich (red) GCs resemble the stellar field population of NGC 1399 in the region of overlap. Both subpopulations are kinematically distinct and do not show a smooth transition. It is not possible to find a common dark halo which reproduces simultaneously the properties of both subpopulations. Some velocities of blue GCs are only to be explained by orbits with very large apogalactic distances, thus indicating a contamination with GCs which belong to the entire Fornax cluster rather than to NGC 1399. Stripped GCs from nearby elliptical galaxies, particularly NGC 1404, may also contaminate the metal-poor sample. We argue in favour of a scenario in which the majority of the blue cluster population has been accreted during the assembly of the Fornax cluster. The red cluster population shares the dynamical history of the galaxy itself. Therefore we recommend to use a dark halo based on the red GCs alone. The dark halo which fits best is marginally less massive than the halo quoted by Richtler et al. (2004). The comparison with X-ray analyses is satisfactory in the inner regions, but without showing evidence for a transition from a galaxy to a cluster halo, as suggested by X-ray work.

研究の動機と目的

• NGC 1399の球状星団系（GCS）の運動的・動力学的性質を80 kpcまで調査し、40 kpcを超えるこれまでの研究を拡張すること。
• 単一の暗黒物質ハローが、金属欠乏（青）および金属過剰（赤）の両方の球状星団サブグループの運動を同時に説明できるかを特定すること。
• 捕獲された物質および銀河間球状星団が青星団に与える寄与を評価すること。
• 得られた暗黒物質ハローの質量分布をX線質量推定値と比較し、銀河的から銀河団的ハロー行動への転換をテストすること。

提案手法

• VLT FORS2およびGemini South GMOSを用いて477本の中分解能スぺクトルを取得し、292個の新しい球状星団（前回のデータセットに含まれない241個）の径方向速度を測定した。
• 一貫したテンプレートを用いて既存のスペクトルの速度を再評価し、6～100 kpcの投影半径を持つ約700個のGCからなる均一なデータセットを作成した。
• 200 kpcまで延長するため、Bergondら（2007年）の56本の外部速度を組み合わせ、拡張された運動的モデリングを実施した。
• 球対称なジェインズモデリングを実施し、赤および青のGCサブグループの速度分散プロファイルにNFW暗黒物質ハロー・モデルをフィットして質量プロファイルを導出。
• 広視野のワシントンフォトメトリーを用いて、色に基づき金属欠乏（青）および金属過剰（赤）のGCサブグループを分離。
• 得られた質量プロファイルをX線に基づく質量推定値と比較し、一貫性を検証し、銀河的から銀河団的ハロー行動への転換を検出。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 赤および青の球状星団サブグループは共通の動力学的歴史を有するのか、それとも運動的に独立しているのか？
• RQ2 単一のNFW暗黒物質ハローが、金属欠乏（青）および金属過剰（赤）の両方の球状星団の速度分散プロファイルを同時に再現できるか？
• RQ3 青星団における高速外れ値は束縛されたハロー内の軌道と整合するのか、それとも銀河間人口または近隣銀河からの汚染を示唆するのか？
• RQ4 球状星団運動からの導出された質量プロファイルはX線質量推定値と一致するか？また、銀河的から銀河団的ハロー構造への転換の証拠はあるか？
• RQ5 青星団の起源は、矮星団からの捕獲か、銀河内形成か？

主な発見

• 赤星団サブグループは顕著な回転を示さず、半径に伴い速度分散が低下しており、軌道の等方性および星の場の分布と運動的類似性と整合的である。
• 青星団サブグループは運動的不規則性を示し、22～44 kpcの小径軸付近に弱い回転信号を示し、大きな遠星点距離を示す高速外れ値を有する。
• 青GCの速度分散プロファイルは滑らかではなく、極端な速度は銀河間または銀河間球状星団による汚染を示唆している。
• 赤GCに最適なNFW暗黒物質ハローは、$8.0 \times 10^{12} M_\odot$ の準拡散核質量および34 kpcのスケール半径を有し、以前の研究よりわずかに質量が小さい。
• Bergondら（2007年）の外部速度を組み込むと、やや質量の大きなハロー（$9.5 \times 10^{12} M_\odot$）が得られるが、データには銀河団的ハロー行動への転換は観測されない。
• 導出された質量プロファイルは内側領域ではX線質量推定値とある程度一致するが、大半の半径でX線質量より著しく低く、銀河的から銀河団的ハロー行動への転換の証拠は一切ない。