[論文レビュー] The Stellar Content of the Halo of NGC 5907 from Deep HST NICMOS Imaging

Stephen E. Zepf, Michael C. Liu+3 more|Jan 10, 2000

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 13

ひとこと要約

本研究では、深紫外赤外線宇宙望遠鏡NICMOSを用いたHバンドの高分解能画像を用いて、縁面銀河NGC 5907のハロー領域に存在する星を解像した。予想される100以上の候補巨星が存在するはずであるが、実際には1つのみが検出された。この結果は、標準的な（α > 3）より急勾配の初期質量関数（IMF）であるか、従来の推定値よりもはるかに低い金属量である可能性を示唆し、ハロー領域の星の組成に関する従来のモデルに疑問を呈する。標準的仮定が成り立つ場合、非標準的なIMFまたは距離が想定されると推論される。

ABSTRACT

We present H-band images obtained with NICMOS of a field 75'' (5kpc) above the plane of the disk of the edge-on spiral galaxy NGC 5907. Ground-based observations have shown that NGC 5907 has a luminous halo with a shallow radial profile between 4 and 8 kpc that roughly traces the dark matter distribution of the galaxy deduced from its rotation curve. Our NICMOS observations were designed to resolve bright giants in the halo of NGC 5907 to constrain its stellar composition with the goal of understanding its nature and origin. More than 100 stars are expected in the NICMOS images if the dwarf-to-giant ratio in the halo of NGC 5907 is consistent with that expected from standard stellar initial mass functions, and if ground-based estimates of the distance to NGC 5907 and the integrated colors of its halo are correct. Instead we observe only one candidate giant star. This apparent discrepancy can be resolved by assuming either a significantly larger distance than suggested by several studies, or a halo metallicity much lower than suggested by ground-based colors and as low as metal-poor Galactic globular clusters. If previous distance and halo color estimates for NGC 5907 are correct, our NICMOS results suggest that its extended light is composed of stars that formed with an initial mass function different than that observed locally, leading to a much higher ratio of dwarfs to giants. We describe how these three possible explanations for the absence of bright giants in our NICMOS images of the halo of NGC 5907 might be constrained by future observations.

研究の動機と目的

• 深紫外赤外線画像を用いてNGC 5907のハロー領域の星の内容を解像し、その組成と起源を制約する。
• 拡張したハロー光が標準的な初期質量関数（IMF）および一般的な金属量推定値と整合するかを検証する。
• 予想される巨星数と観測された巨星数の乖離が、非標準的なIMF、低金属量、または従来の推定値よりも大きな距離に起因する可能性を評価する。
• ハロー領域の拡散光の性質、特に吸収された系や動力学的過程からの起源の可能性を検討する。
• 将来のHubble望遠鏡観測を用いて、距離、金属量、IMFといった代替説を区別するための観測的道筋を同定する。

提案手法

• Hubble宇宙望遠鏡のNICMOS機器を用いて、NGC 5907のディスク上面5 kpc（75''の領域）をカバーするHバンドの深紫外赤外線画像を取得した。
• 点光源の光度測定を実施し、特に明るい巨星を含むハロー領域の解像星を特定・数える。
• 地上望遠鏡によるハローの光度、距離（14 ± 2 Mpc）、標準IMF（Salpeter、α = 2.35）に基づいて予想される巨星数を予測した。
• 標準IMFと太陽系または低金属量を仮定した場合、およびα > 3の修正IMFを仮定した場合の観測星数とモデル予測を比較した。
• 等時曲線合成モデルを用いて、観測された光学（B-V、V-I）および近赤外色と整合性があるかを評価した。
• 将来の観測的テストを提案した：WFPC2画像による巨星検出、銀河中心付近に近いNICMOS観測、および惑星状星雲調査。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜNGC 5907のハロー領域における解像巨星の数が、標準的な星族モデルによる予測よりも著しく少ないのか？
• RQ2 地上望遠鏡の色から推定される金属量よりも著しく低い金属量が、乖離を説明できるのだろうか？
• RQ3 観測されたハロー光は標準的な初期質量関数と整合するのか、それともはるかに急勾配のIMF（α > 3）を必要とするのか？
• RQ4 巨星が存在しないことは、一般的に受け入れられている14 ± 2 Mpcよりも大きな距離であることを示唆するのだろうか？
• RQ5 金属量、距離、IMFといった代替説を区別するための独立した観測は何か？

主な発見

• 標準的仮定のもとで予想される100以上の巨星が存在するはずであるが、NICMOS領域では1つの候補巨星しか検出されなかった。
• 太陽系または太陽に近い金属量の標準IMFは、データと整合しない。これは、検出可能な巨星がはるかに多く存在することを意味する。
• 標準IMFを用いるが金属量が低い星族（銀河の球状星団に相当）であっても、観測された光学色と整合しない。これは測定値よりも3σ以上も青白い。
• 標準モデルと整合させるには、24 Mpcを超える距離が必要であり、一般的に受け入れられている14 ± 2 Mpcの推定値よりも5σ高い。
• 矛盾のない唯一の説明は、α > 3の初期質量関数であり、これはハロー領域における矮星対巨星比が著しく増加していることを示唆する。
• この結果は、ハローが吸収された系や潮汐的特徴、ディスク加熱によって形成されるというモデルに疑問を呈する。これらははるかに多くの解像巨星を生じさせると予想される。