[論文レビュー] The Star Cluster Population of M51: II. Age distribution and relations among the derived parameters

N. Bastian, Mark Gieles+3 more|ArXiv.org|Aug 3, 2004

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 57被引用数 125

ひとこと要約

本研究では、M51の1,152個の星団のハッブル宇宙望遠鏡データを分析し、年齢、質量、減光、サイズの分布を特定した。その結果、約60 Myr前にNGC 5195との第二回接触に伴い星団形成の爆発的増加が見られ、寿命の短い若い星団が約10 Myr以内に破壊され、サイズ分布が指数η = 2.2 ± 0.2のパワーロウに従うことが判明した。これは、銀河の球状星団と同様にサイズに依存しない破壊メカニズムを示している。

ABSTRACT

We use archival {\it Hubble Space Telescope} observations of broad-band images from the ultraviolet (F255W-filter) through the near infrared (NICMOS F160W-filter) to study the star cluster population of the interacting spiral galaxy M51. We obtain age, mass, extinction, and effective radius estimates for 1152 star clusters in a region of $\sim 7.3 imes 8.1$ kpc centered on the nucleus and extending into the outer spiral arms. In this paper we present the data set and exploit it to determine the age distribution and relationships among the fundamental parameters (i.e. age, mass, effective radius). Using this dataset we find: {\it i}) that the cluster formation rate seems to have had a large increase $\sim$ 50-70 Myr ago, which is coincident with the suggested {\it second passage} of its companion, NGC 5195, {\it ii}) a large number of extremely young ($

研究の動機と目的

• 多波長のハッブル宇宙望遠鏡データを用いて、M51の星団の年齢分布と基本的パラメータ関係（年齢、質量、減光、有効半径）を特定すること。
• サンプル選択と質量完全性が年齢分布推定に与える影響を評価し、特に固定された質量カットオフの必要性を検討すること。
• 同伴銀河と相互作用している通常のスパイラル銀河における星団形成歴を調査し、M51を環境的要因のベンチマークとして用いること。
• 導出パラメータ間の相関、特に年齢-減光、質量-サイズ、空間的分布傾向を検討し、星団の進化と破壊メカニズムを解明すること。
• M51の星団サイズ分布を、銀河の球状星団および分子雲と比較し、普遍的な形成および破壊プロセスを推論すること。

提案手法

• F255W（UV）からF160W（NIR）までの広帯域画像を用いて、M51の7.3 × 8.1 kpc領域にわたる個々の星団を解像した。
• 単一星団パラメータ（SSP）モデルを用いたスペクトルエネルギー分布（SED）フィッティングにより、1,152個の星団の年齢、質量、減光（AV）、有効半径を導出した。
• 全年齢範囲（4 Myrから10 Gyr）にわたる完全性を確保するため、5 × 10⁴ M⊙の質量カットオフを設定し、減光する星団によるバイアスを回避した。
• 星団サイズ分布をパワーロウとしてモデル化し、N(r)dr ∝ r⁻ᵠdrとすることで、半径方向のサイズ分布を定量的に評価し、銀河の球状星団およびGMCと比較した。
• 年齢、質量、減光、有効半径、および銀河中心からの距離との間の相関を探索する統計的解析を実施し、信頼性の高い誤差推定を用いた。
• 導出された星団形成歴を、Salo & Laurikainen (2000)の二度の接近モデルを含むM51-NGC 5195相互作用の動的モデルと比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M51の星団の年齢分布は何か？ また、サンプル選択と質量完全性にどのように依存するか？
• RQ2 NGC 5195との最近の相互作用と関連した星団形成の増強は観測されたか？ もしあるならば、いつ発生したか？
• RQ3 若年星団（≤10 Myr）のうち、非束縛状態で約10 Myr以内に破壊される割合はどれくらいか？ また、これは質量に依存しないか？
• RQ4 M51の若年星団の有効半径分布は、銀河の球状星団および分子雲と比べてどう異なるか？ これは破壊メカニズムに何を示唆するか？
• RQ5 星団の年齢と減光、質量とサイズ、あるいは銀河中心からの距離とサイズの間に有意な相関があるか？ それらは星団進化に何を明らかにするか？

主な発見

• M51の星団形成率は約60 Myr前に著しく上昇しており、NGC 5195の第二回通過と一致しており、Salo & Laurikainen (2000)の二度の接近モデルを支持する。
• 最後の10 Myrに形成された星団の約70％が、約10 Myr以内に破壊される見込みであり、これは若年で非束縛の星団に対して質量に依存しない急速な破壊メカニズムを示している。
• 星団の有効半径分布は指数η = 2.2 ± 0.2のパワーロウに従い、古くからある銀河の球状星団（η ≈ 2.4 ± 0.5）とよく一致しており、サイズに依存しない破壊を示唆している。
• 星団の年齢と減光の間に強い相関が存在する：若年星団（<10 Myr）の中央値AV ≈ 0.55 magは、約1 GyrでAV ≈ 0.30 magに低下し、星団が原始雲から出現するのと一致する。
• 星団質量と有効半径の間に有意な相関は認められず、銀河中心からの距離と有効半径の間の相関も認められないことから、このサンプルでは星団サイズに強い環境依存性がないことが示された。
• 星団質量と有効半径の間にわずかな正の相関が認められ、若年星団はやや古くさい星団よりも大きくはなっているが、年齢依存性は強くない。