[論文レビュー] VLT Spectroscopy of Globular Cluster Systems, I. The Photometric and Spectroscopic Dataset

Thomas H. Puzia, M. Kissler‐Patig+7 more|ArXiv.org|May 20, 2005

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 85被引用数 51

ひとこと要約

本論文は、VLT/FORS2およびISAAC機器を用いて、7つの早期型銀河における球状星団の高品質な光度・分光データを提示している。年齢分解能は約30%、金属量分解能は0.25–0.4 dexであり、NGC 1380、3115、3585では二峰性の色分布が検出された一方、他の銀河では単峰性の分布を示した。全銀河の動的質量は最大で1.2×10¹² M☉まで評価された。

ABSTRACT

We present Lick line-index measurements of extragalactic globular clusters in seven early-type galaxies (NGC 1380, 2434, 3115, 3379, 3585, 5846, and 7192) with different morphological types (E-S0) located in field and group/cluster environments. High-quality spectra were taken with the FORS2 instrument at ESO's Very Large Telescope. About 50% of our data allow an age resolution dt/t ~ 0.3 and a metallicity resolution ~0.25-0.4 dex, depending on the absolute metallicity. Globular cluster candidates are selected from deep B, V, R, I, K FORS2/ISAAC photometry with 80-100% success rate inside one effective radius. Using combined optical/near-infrared colour-colour diagrams we present a method to efficiently reduce fore-/background contamination down to <10%. We find clear signs for bi-modality in the globular cluster colour distributions of NGC 1380, 3115, and 3585. The colour distributions of globular clusters in NGC 2434, 3379, 5846, and 7192 are consistent with a broad single-peak distribution. For the analysed globular cluster systems the slopes of projected radial surface density profiles, of the form Sigma(R) ~ R^-Gamma, vary between ~0.8 and 2.6. Using globular clusters as a tracer population we determine total dynamical masses of host galaxies out to large radii (~1.6 - 4.8 Reff). For the sample we find masses in the range ~8.8*10^10 Msolar up to ~1.2*10^12 Msolar. The line index data presented here will be used in accompanying papers of this series to derive ages, metallicities and abundance ratios. A compilation of currently available high-quality Lick index measurements for globular clusters in elliptical, lenticular, and late-type galaxies is provided and will serve to augment the current data set. [abridged]

研究の動機と目的

• 早期型銀河内の銀河間球状星団に対して高精度なLick線インデックス測定と光度測定を実施し、光度的調査における年齢-金属量デゲネラシーを克服すること。
• 高品質な分光データを用いて年齢、金属量、および元素比を導出し、球状星団系の形成と進化を評価すること。
• 多バンド光学/近赤外色-色図を用いて、前景・背景星からの汚染を低減すること。
• 球状星団系の半径分布および動的質量プロファイルを、約4.8 R_effまで決定すること。
• 早期型銀河および遅れ型銀河の球状星団のLickインデックスの公開可能で高精度なデータセットを整備し、将来的な研究を支援すること。

提案手法

• VLTのFORS2機器を用いて、7つの早期型銀河内の球状星団候補に対して高信噪比・高分解能分光観測を実施した。
• スペクトルからLick系吸収線インデックス（例：Hβ、Mg_b、Fe5270）を測定し、不確実性は約0.1 Å程度に抑え、高分解能の年齢および金属量推定を可能にした。
• FORS2およびISAACを用いた深さのあるB、V、R、I、Kバンド光度測定を統合し、汚染除去のための光学/近赤外色-色図を構築した。
• 色-色図技術を適用して、1つの有効半径内での前景・背景汚染を10%未満に低減した。
• 球状星団分布の半径方向表面密度プロファイルをΣ(R) ∼ R⁻ᵞの形でフィットし、分布の傾きΓを決定した。
• 球状星団の運動学的データを用いて、標準的な動的質量推定式を用い、約1.6–4.8 R_effまでの全動的質量を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 早期型銀河内の球状星団の年齢および金属量分布は何か。高精度分光測定により、年齢-金属量デゲネラシーは解消可能か。
• RQ2 早期型銀河の球状星団系は二峰性の色分布を示すか。もしそうならば、どの銀河でその特徴が見られるか。
• RQ3 二峰性と単峰性の両方のシステムにおいて、青色および赤色球状星団サブポピュレーションの半径方向表面密度プロファイルはどのように比較できるか。
• RQ4 球状星団は、光学的有効半径をはるかに超えて、母銀河の全動的質量をどの程度まで追跡できるか。
• RQ5 光学/近赤外色-色図の使用は、非球状星団源からの汚染低減にどの程度有効か。

主な発見

• データセットは、Δt/t ≈ 0.3の年齢分解能および0.25–0.4 dexの金属量分解能を達成しており、詳細な星族分析が可能となった。
• NGC 1380、NGC 3115、NGC 3585では明確な二峰性の色分布が検出され、明確な青色および赤色サブポピュレーションが存在することが示された。
• NGC 2434、3379、5846、7192では、単峰性の球状星団色分布が観測され、広いピークが1つであることに一致した。
• 球状星団の半径方向表面密度プロファイルの傾きΓは、約0.8から2.6の範囲に分布し、二峰性システムでは青色および赤色サブポピュレーションの傾きが類似していた。
• 単峰性システムでは、青色クラスタ系が赤色クラスタ系よりも広がりが大きいことが示され、形成歴または動的歴史に差がある可能性が示唆された。
• 球状星団運動学的データを用いて母銀河の動的質量を推定した。質量範囲は8.8×10¹⁰ M☉から1.2×10¹² M☉までで、約4.8 R_effまで延びた。