[論文レビュー] Tidal Tails Around 20 Galactic Globular Cluster: Observational Evidence for Gravitational Disk/Bulge Shocking

S. Léon, G. Meylan+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 7, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、広視野マルチカラーフィルムとウェーブレットベースの星数解析を用いて、20個の銀河球状星団で重力的ディスク/バルジショッキングの観測的証拠を提示している。銀河中心に向かって整列した延長された潮汐尾が検出され、これは潮汐ショッキングによる継続的な質量損失を示している。特にNGC 5139では、現在のディスクショッキングイベント中に全質量の0.6–1%が損失されていると推定され、N体シミュレーションと整合的である。

ABSTRACT

Large-field multi-color images of 20 galactic globular clusters are used to investigate the presence of tidal tails around these stellar systems. Field and cluster stars are sorted with the help of color-magnitude diagrams, and star-count analysis is performed on the selected cluster stars in order to increase the signal-to-noise ratio of their surface density. We study the overdensities of these stars using the wavelet transform of the star counts in order to filter the background density noise and to detect the weak structures, at large scale, formed by the numerous stars previously members of the clusters. We associate these stellar overdensities with the stars evaporated from the clusters because of dynamical relaxation and/or tidal stripping from the clusters by the galactic gravitational field. Most of the globular clusters in our sample display strong evidence of tidal interactions with the galactic plane in the form of large and extended deformations. These tidal tails exhibit projected directions preferentially towards the galactic center. All the clusters observed, which do not suffer from strong observational biases, present such tidal tails, tracing their dynamical evolution (evaporation, tidal shocking, tidal torquing, and bulge shocking) in the Galaxy. The clusters exhibit different regimes of mass loss rate, detected using the radial density slope in the outer parts of the clusters. For NGC 5139 ($ω$ Centauri), we estimate, taking into account the possible presence of mass segregation in its outer parts, that about 0.6 to 1% of its mass has been lost during the crossing (Abridged)

研究の動機と目的

• 銀河の重力場下での動的進化の証拠として、銀河球状星団の周囲に存在する潮汐尾の有無を調査すること。
• 内部的リラクゼーションによる質量損失と、銀河ディスクおよびバルジからの外部的潮汐ショッキングによる質量損失を区別すること。
• 表面密度プロファイルとウェーブレットフィルタリングを用いて、剥がれた恒星集団の質量損失率および星の拡散速度を定量化すること。
• 広視野画像において、チリの減光、場の星のクラスタリング、背景銀河の揺らぎといった観測バイアスを補正すること。
• 重力的ショッキングが、特に破壊率の高い星団において、星団の形態と進化に果たす役割を評価すること。

提案手法

• 20個の銀河球状星団を高銀極付近で広視野マルチカラーフィルムとスミス式望遠鏡を用いて撮影した。
• 色-等級図を用いて、星団の星と場の星、背景銀河を分離した。
• 選択された星団の星に対して星数解析を適用し、表面密度マップにおける信号対雑音比を向上させた。
• ウェーブレット変換を用いて背景雑音をフィルタリングし、弱く広範囲にわたる潮汐構造を検出した。
• 外側の星団領域における半径密度勾配を分析し、質量損失率およびショック誘発拡散を推定した。
• 同伴論文（CLM99）のN体シミュレーションを用いて、観測された潮汐尾の形状および動力学を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河中心に向かって整列した潮汐尾は、球状星団における重力的ディスク/バルジショッキングの証拠となるか？
• RQ2 特にNGC 5139において、現在のディスクショッキングによって球状星団がどの程度の速度で質量を失っているか？
• RQ3 剥がれた星の運動学的特性、例えば半径方向の拡散速度は、星団の内部速度分散と比べてどの程度か？
• RQ4 チリの減光や背景銀河のクラスタリングといった観測バイアスが、潮汐構造の検出にどの程度影響を及えるか？
• RQ5 星団の表面密度勾配における第二の折り返し（second break）は、最近の重力的ショックを示唆するものか？

主な発見

• 強い観測バイアスが存在しないすべての観測された球状星団に潮汐尾が存在し、これは潮汐ショッキングと蒸発による継続的な動的進化を示している。
• NGC 5139（ω Centauri）では、現在のディスクショッキングイベント中に全質量の0.6–1%が損失されていると推定され、N体シミュレーションと整合的である。
• NGC 6254では、剥がれた星の半径方向拡散速度が、星団の内部速度分散とおおよそ同等であると暫定的に推定された。
• NGC 7492では、高い破壊率にもかかわらず潮汐尾は最小限にとどまっているが、Pal 12は大きな尾を示しており、350 Myr以上も前の過去のショックイベントを示唆している。
• NGC 6254における表面密度勾配の第二の折り返しは、最近の重力的ショックを示唆する可能性があり、Q₁³指標は-0.9から-2の範囲に分布している。
• フィールド内に高高度銀河クラスタが存在する場合、混雑や背景の混同により、一部の球状星団の潮汐半径が過大評価される可能性がある。