[論文レビュー] The Mass of the Globular Cluster Systems of Early Type Galaxies as Proxy for the Total Galaxy Mass

Nicholas James, Dong‐Woo Kim+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 22, 2018

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 1

ひとこと要約

本研究は、初期期銀河（ETG）の全質量（ダークマターを含む）と球状星団系質量（M_GCS）の間でほぼ線形のスケーリング関係を確立し、30個のETGにおいてM_GCSがM_TOTの信頼できる代理指標であることを示した。この代理指標は、ホットなISMのX線放射度（L_X,GAS）と組み合わせて有効であることが確認され、低・高ホール質量領域において従来の仮定よりも高い星形成効率が示された。また、くぼみ型ETGにおけるガス保持機構に関して、星形成駆動のフィードバックが二次的要因である可能性が示唆された。

ABSTRACT

Using globular cluster (GC) kinematics and photometry data, we calibrate the scaling relation between the total galaxy mass (M_TOT including dark matter) and total globular cluster system mass (M_GCS) in a sample of 30 early-type galaxies (ETG), finding a nearly linear relationship between the two physical parameters. We further investigate this scaling relation in conjunction with the previously known relation between the ISM X-ray luminosity (L_X,GAS) and M_TOT using a sample of 83 ETGs, and confirm that MGCS can be effectively used as a proxy of MTOT. Using the M_GCS-M_TOT scaling relations we compare 272 ETGs with previous estimates of the stellar-to- halo mass relation of galaxies. Our model-independent estimate of MTOT results in a good agreement around halo masses of 10^12 Mo, but suggest higher star formation efficiency than usually assumed both at the low and at the high halo mass ends. The L_X,GAS - M_TOT relation is far tighter in core than cusp ETGs. This is consistent with previous results, indicating that while MTOT is the most important factor in retaining hot ISM in core ETGs (old, passively evolving stellar systems), secondary (non-gravitational) factors may affect gas retention in cusp ETGs. We find that for a given dark matter mass (MDM), cusp galaxies with higher stellar mass (M_STAR) tend to have higher L_X,GAS. This suggests that stellar feedback could be an important secondary factor for determining the amount of hot ISM retained in low L_X,GAS cusp galaxies.

研究の動機と目的

• 初期期銀河（ETG）における全銀河質量（M_TOT）と球状星団系質量（M_GCS）のスケーリング関係を校正すること。
• M_GCSが運動論的および光度的データを用いてM_TOTの有効な代理指標として機能するかどうかを評価すること。
• より大きなサンプル（83個のETG）を用いて、M_TOT、M_GCS、およびホットなISMのX線放射度（L_X,GAS）の間の相関関係を調査すること。
• モデルに依存しないM_TOT推定値を理論的星形成質量-ホール質量関係と比較し、ホール質量スケールにわたる星形成効率を評価すること。

提案手法

• 30個の初期期銀河のサンプルに対して、球状星団の運動学的および光度的測定を用いてM_GCSを測定した。
• 観測データの経験的補正を通じて、M_GCS–M_TOTのほぼ線形なスケーリング関係を確立した。
• M_GCS–M_TOT関係と既知のL_X,GAS–M_TOT関係を、83個のETGを含むより大きなサンプルを用いて統合し、一貫性と予測能力を検証した。
• 核型とくぼみ型ETGを区別することで、ISM保持に関する差異と、星形成駆動フィードバックなどの二次的要因の影響を分析した。
• M_GCSから得られるモデルに依存しないM_TOT推定値を、理論的星形成質量-ホール質量関係と比較し、星形成効率を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 球状星団系質量（M_GCS）は、ダークマターを含む初期期銀河における全銀河質量（M_TOT）の信頼できる代理指標であるか？
• RQ2 M_GCS–M_TOTスケーリング関係は、L_X,GAS–M_TOT関係と比較して、核型とくぼみ型ETGの両方でどのように異なるか？
• RQ3 M_GCSに基づくM_TOT推定値は、異なるホール質量スケールにおける星形成効率をどのように示すか？
• RQ4 非重力的プロセス（例：星形成駆動フィードバック）は、L_X,GASが低いくぼみ型ETGにおけるホットなISMの保持に、どの程度影響を及えるか？
• RQ5 固定されたダークマス（MDM）のもとで、くぼみ型銀河において星形成質量（M_STAR）とL_X,GASの相関関係はいかなるものか？

主な発見

• 30個の初期期銀河において、M_GCSとM_TOTの間でほぼ線形のスケーリング関係が確認され、M_GCSがM_TOTの頑健な代理指標であることが裏付けられた。
• M_GCS–M_TOT関係がL_X,GAS–M_TOT関係と組み合わされると、M_GCSがETGにおける全銀河質量の有効な代理指標であることが確認された。
• M_GCSから得られるモデルに依存しないM_TOT推定値は、特に低・高ホール質量領域で、一般的に想定されるよりも高い星形成効率を示した。
• 核型ETGではL_X,GAS–M_TOT関係がくぼみ型ETGよりも著しくきついことから、核型システムでは重力がガス保持の主因であると考えられる。
• 固定されたMDMのもとで、より高い星形成質量（M_STAR）を有するくぼみ型銀河は高いL_X,GASを示し、星形成駆動フィードバックがISM保持に重要な二次的要因である可能性が示された。
• 結果から、二次的プロセス（例：フィードバック）が、L_X,GASが低いくぼみ型ETGにおけるホットなISMの含量を決定づける上で、核型ETGよりも顕著な役割を果たす可能性が示唆された。