[論文レビュー] The SLUGGS survey: Combining stellar and globular cluster metallicities in the outer regions of early-type galaxies

Nicola Pastorello, Duncan A. Forbes+10 more|arXiv (Cornell University)|May 18, 2015

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、12個の初期型銀河における星および球状銀河団のKeck/DEIMOS分光観測を組み合わせ、10 Reを超える領域まで金属量勾配を測定した。金属量が豊富な銀河団サブポピュレーションと金属量が乏しいサブポピュレーションの両方が類似した勾配を示すことが判明し、金属量が乏しい銀河団は外部からの吸着、金属量が豊富なものは内部形成に起因するとする標準モデルに挑戦する。また、低質量銀河では金属量勾配が急で、形成歴に小規模合体の寄与が強い可能性を示唆している。

ABSTRACT

The outer halo regions of early-type galaxies carry key information about their past accretion history. However, spectroscopically probing the stellar component at such galactocentric radii is still challenging. Using Keck/DEIMOS, we have been able to measure the metallicities of the stellar and globular cluster components in 12 early-type galaxies out to more than $10~ m{R_{e}}$. We find similar metallicity gradients for the metal-poor and metal-rich globular cluster subpopulations, suggesting a common formation process for the two subpopulations. This is in conflict with most current theoretical predictions, where the metal-poor globular clusters are thought to be purely accreted and metal-rich globular clusters mostly formed in-situ. Moreover, we find that the globular cluster metallicity gradients show a trend with galaxy mass, being steeper in lower-mass galaxies than in higher-mass galaxies. This is similar to what we find for the outermost galaxy stars and suggests a more active accretion history, with a larger role played by major mergers, in the most massive galaxies. This conclusion is qualitatively consistent with expectations from two-phase galaxy assembly models. Finally, we find that the small difference in metallicity between galaxy stars and metal-rich globular clusters at $1~ m{R_{e}}$ may correlate with galaxy mass. The origin of this difference is not currently clear.

研究の動機と目的

• 初期型銀河（ETG）の外側ハロー領域（10 Reを超える領域）を調査し、そこに蓄えられた吸着歴を解明すること。
• これらの外側領域における星および球状銀河団（GC）成分の金属量勾配を測定すること。
• 観測された金属量勾配を理論的予測と比較することで、二段階銀河形成モデルを検証すること。
• 球状銀河団系における二峰性カラー／金属量分布の起源を調査すること。
• 外側ハローにおける銀河質量、吸着歴、金属量勾配の関係を明らかにすること。

提案手法

• 12個の初期型銀河に対して、10 Reを超える半径まで高分解能分光観測をKeck/DEIMOSを用いて実施した。
• 吸収ライン強度を用いて、星の集団および球状銀河団系の金属量（[Z/H]）を測定した。
• 金属量が豊富（赤）および金属量が乏しい（青）球状銀河団サブポピュレーションの両方について、半径方向の金属量勾配を計算した。
• Hirschmannら（2015）のシミュレーションで得られた類似した半径および銀河質量の星の金属量勾配と、観測されたGC金属量勾配を比較した。
• 銀河を高質量および低質量の二つのグループに分け、金属量勾配における質量依存的傾向を分析した。
• シミュレーションから得られた質量加重平均合体比および外部由来星の割合を用いて、観測勾配の解釈を試みた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 初期型銀河における金属量が豊富な（赤）および金属量が乏しい（青）球状銀河団サブポピュレーションは、外側ハロー領域で異なる金属量勾配を示すか？
• RQ2 初期型銀河の外側領域における球状銀河団と星の金属量勾配は、銀河質量とどのように相関するか？
• RQ3 外側ハロー領域における観測された金属量勾配は、二段階銀河形成モデルを支持するか、あるいは反証するか？
• RQ4 赤と青の球状銀河団サブポピュレーション間の金属量勾配の類似性は、共通の形成過程を示唆するのか？
• RQ5 マジョル・マージャーとミノル・マージャーは、高質量および低質量の初期型銀河の外側領域における金属量勾配をどのように形成しているか？

主な発見

• 低質量銀河群では、金属量が豊富な（赤）および金属量が乏しい（青）球状銀河団サブポピュレーションの両方が類似した金属量勾配を示す：それぞれ−0.45 ± 0.13 dex/dex および −0.26 ± 0.08 dex/dex であった。
• 高質量銀河群では、両サブポピュレーションとも浅い勾配を示す：赤は−0.07 ± 0.08 dex/dex、青は−0.08 ± 0.09 dex/dex であり、内部形成および外部由来成分の動的混合が示唆される。
• 低質量銀河に見られる急勾配は、小規模合体が支配的なシミュレーションと定性的に一致しており、高質量銀河の浅い勾配はマジョル・マージャー支配の形成に一致する。
• 高質量銀河における観測されたGC金属量勾配は、マジョル・マージャーによる高外部由来星割合を持つシミュレーテッド銀河と一致するが、低質量銀河の勾配は外部由来割合が低く小規模合体が支配的なシミュレーションと一致する。
• 1 Reにおける星と金属量が豊富な球状銀河団との金属量差は銀河質量に相関しているが、その起源はまだ明確でない。
• 赤と青のGCサブポピュレーション間の勾配類似性は、青の銀河団が外部由来吸着、赤の銀河団が内部形成に起因するとする標準モデルに挑戦する。これは、共通の形成過程または異なる形成時期である可能性を示唆する。