[論文レビュー] The Hydra I cluster core. I. Stellar populations in the cD galaxy NGC 3311

C. E. Barbosa, M. Arnaboldi+4 more|arXiv (Cornell University)|Mar 7, 2016

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 76被引用数 15

ひとこと要約

本研究は、VLT/FORS2分光計測を用いて、cD銀河NGC 3311の3効果的半径にわたる星族の分析を行い、2つの異なる半径的領域を特定した。内側の銀河は、初期のドライ合体による局所形成によって形成された古く金属過剰なものであり、外側のハローは動的温度が高く金属過剰な特徴を示し、矮星族の継続的合体によって形成されたものである。非中心のエンベロープは、流入中のグループからの潮汐的剥がしを示しており、ハロー成長がまだ遅い時期の質量合体およびダークハローとの相互作用によって進行中であることを示している。

ABSTRACT

(Abridged for arXiv) The history of the mass assembly of brightest cluster galaxies may be studied by the mapping the stellar populations at large radial distances from the galaxy centre. We provide extended and robust measurements of the stellar population parameters in NGC 3311, the cD galaxy at the centre of the Hydra I cluster and out to three effective radii. Using seven absorption-features defined in the Lick/IDS system and single stellar populations models, we obtained luminosity-weighted ages, metallicities and alpha element abundances. The trends in the Lick indices and the distribution of the stellar population parameters indicate that the stars of NGC 3311 may be divided into two radial regimes, one within and the another beyond one effective radius, $R_e = 8.4$ kpc, similar to the distinction between inner galaxy and external halo derived from the NGC 3311 velocity dispersion profile. The inner galaxy ($R\leq R_e$) is old (age $\sim 14$ Gyr), have negative metallicity gradients and positive alpha element gradients. The external halo is also very old, but the metal and element abundances of the external halo have both a large scatter, indicating that stars from a variety of satellites with different masses have been accreted. The region in the extended halo associated with the off-centred envelope at 0$^o$ < P.A.< 90$^o$ (Arnaboldi et al. 2012) has higher metallicity with respect to the symmetric external halo. The different stellar populations in the inner galaxy and extended halo reflect the dominance of in situ stars in the former and the accreted origin for the large majority of the stars in the latter. These results provide supporting evidence to the recent theoretical models of formation of massive ellipticals as a two-phase process.

研究の動機と目的

• NGC 3311の3効果的半径にわたる空間的に拡張された星族パラメータを特徴づけること。
• 局所形成と合体形成の星族成分を区別することで、cD銀河の形成歴を特定すること。
• ダークハローとの潮汐的相互作用が拡張したハローおよび非中心のエンベロープをどのように形成したかを調査すること。
• 低-[α/Fe]星の貢献度を評価し、より低質量の衛星の合体を示唆すること。
• 観測された運動学的・光度的部分構造を、ガス剥がしやハローのずれを引き起こす動的過程に関連付けること。

提案手法

• NGC 3311の約3 arcmin²にわたる領域で、VLT/FORS2を用いてマルチファイバー分光計測を実施（MXUマスキングモード）。
• 4800–5800 Å範囲の7つのLick/IDS吸収特徴の等価幅を測定した。
• ベイズ的フレームワークを用い、マルコフ連鎖モンテカルロ法（MCMC）を用いて、光度加重平均星族パラメータ（年齢、[Z/H]、[α/Fe]、[Fe/H]）を導出した。
• 単一星族（SSP）テンプレートを用いて観測されたインデックスをモデル化し、星族特性を推定した。
• 銀河を3つの物理的成分に分類した：内側銀河（R ≤ Re）、対称的外側ハロー、非中心のエンベロープ。
• 星族パラメータの径方向勾配と散らばりを分析し、形成メカニズムを推察した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 3311の効果的半径を超える領域における星族パラメータ（年齢、金属量、[α/Fe]）の径方向変化は何か？
• RQ2 星族パラメータの勾配と散らばりは、ハローにおける局所形成と合体形成をどのように区別できるか？
• RQ3 NGC 3311の非中心のエンベロープの起源は何か？ その地域の星族とどのように関連しているか？
• RQ4 ハローにおける低-[α/Fe]星の割合は、より低質量の天体の合体をどの程度示唆しているか？
• RQ5 ダークハローとの潮汐的相互作用が、拡張したハローを形成し、ガスおよび星の剥がしを引き起こす役割を果たすか？

主な発見

• 内側銀河（R ≤ Re = 8.4 kpc）は約14 Gyrの高齢で金属過剰であり、金属量の負の勾配と[α/Fe]の正の勾配を示しており、初期のドライ合体による局所形成と整合的である。
• 外側ハローも古く、負の年齢勾配と金属量および[α/Fe]の大きな散らばりを示しており、多様な質量を持つ複数の衛星からの星の合体を示している。
• 対称的外側ハローは[α/Fe]が二峰性分布を示し、ピークが約0.4と約0に位置しており、急速な星形成と低質量合体の混合を示している。
• 対称的ハローの約40％の星が低[α/Fe]を示しており、低質量・低金属量衛星からの寄与が顕著であることを確認した。
• 非中心のエンベロープは、矮星族の流入グループに関連しており、金属量が高く、その形成はグループのダークハローやNGC 3309のダークハローとの潮汐的相互作用による可能性がある。
• ダークハロー同士の潮汐的相互作用が、cD銀河の星族コアとダークハローのずれの原因であると提案され、NGC 3311で観測されたX線ガスの剥がしを説明できる可能性がある。