[논문 리뷰] A Catalog of Extended Clusters and Ultra-Compact Dwarf Galaxies - An Analysis of their Parameters in Early- and Late-Type Galaxies

R. C. Bruens, Pavel Kroupa|arXiv (Cornell University)|2012. 09. 19.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 117인용 수 20

한 줄 요약

이 논문은 확장성 있는 별성 물체(EOs), 즉 확장성 별집단(ECs)과 초소형 밀도 은하(UCDs)를 포함해, 현재까지 가장 큰 카탈로그를 편람하며, 초기형 및 후기형 은하에서의 구조적 파arameter를 분석한다. 연구 결과, EOs는 $r_{\rm eff}$ 대 $M_{\rm V}$ 도표에서 구형별집단과 연속적인 시퀀스를 이루며, 빛의 강도에 따라 크기의 한계가 존재하고, $M_{\rm V} \approx -6.5$ mag에서 최대 빛의 강도 함수를 보이며, 별집단 복합체의 융합에 의한 형성 기원을 강력히 지지한다.

ABSTRACT

Extended stellar clusters with effective radii larger than 10 pc have been found in various environments. Objects with masses comparable to globular clusters (GCs) are called extended clusters (ECs), while objects with masses in the dwarf galaxy regime are called ultra-compact dwarf galaxies (UCDs). The paper analyses the observational parameters luminosity, effective radius, and projected distance to the host galaxy, of all known ECs and UCDs and the dependence of these parameters on the type and the luminosity of their host galaxy. We searched the available literature to compile a catalog of star clusters larger than 10 pc. As there is no clear distinction between ECs and UCDs, both types of objects will be called extended stellar objects (EOs). In total, we found 813 EOs of which 171 are associated with late-type and 642 with early-type galaxies. EOs cover a luminosity range from about MV = -4 to -14 mag. However, the vast majority of EOs brighter than -10 mag are associated with elliptical galaxies. At each magnitude EOs are found with effective radii between 10 pc and an upper size limit, which shows a clear trend: the more luminous the object the larger is the upper size limit. For EOs associated with early-and late-type galaxies, the luminosity functions peak at -6.40 and -6.47 mag, respectively, which is about one magnitude fainter than the peak of the GC luminosity function. EOs and GCs form a coherent structure in the reff vs. MV parameter space, while there is a clear gap between EOs and early type dwarf galaxies. However, there is a small potential overlap at the high-mass end, where the most extended EOs are close to the parameters of compact elliptical galaxies. We compare the EO sample with numerical models and conclude that the parameters of the EO sample as a whole can be very well explained by a star cluster origin, where EOs are the results of merged cluster complexes.

연구 동기 및 목표

• 효과 반경이 10 pc 이상인 확장성 별성 물체(EOs), 즉 ECs와 UCDs를 포함해 종합적이고 최신의 카탈로그를 편람하는 것.
• EO의 파arameter—광도($M_{\rm V}$), 효과 반경($r_{\rm eff}$), 투영 거리($R_{\rm proj}$)—가 주변 은하 유형과 광도에 따라 어떻게 달라지는지 분석하는 것.
• 관측된 EO의 구조적 파arameter가 별집단 기원, 특히 별집단 복합체(CC)의 융합에 의해 설명될 수 있는지 테스트하는 것.
• 기존 조사에서 어두운 빛을 발하는 고체적 확장성 EOs에 대한 완전성과 탐지 편향을 평가하는 것.

제안 방법

• 다양한 은하 환경에서 $r_{\rm eff} > 10$ pc인 813개의 EOs를 편람하기 위해 체계적인 문헌 조사 수행.
• 주변 은하의 형태와 광도에 기반해 EOs를 초기형과 후기형 은하에 연관된 것으로 분류.
• 광도 함수, $r_{\rm eff}$ 대 $M_{\rm V}$ 분포, 주변 은하 광도에 따른 경향성에 대한 통계적 분석.
• 수치 시뮬레이션을 통한 병합된 별집단 복합체(CC)의 예측과 관측된 EO 파aram터를 비교하여 형성 시나리오 테스트.
• 다양한 출처에서 표준화된 파aram터(예: $r_{\rm eff}$, $M_{\rm V}$, $R_{\rm proj}$)를 사용한 기준 카탈로그 항목 활용 및 일관성에 대한 품질 관리.
• 확인된 EOs(175개)와 후보 EOs(638개)를 별도로 분석하여 구조적 경향의 탄력성 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 초기형 및 후기형 은하에서 EOs의 효과 반경과 절대 등급 분포는 어떻게 되는가?
• RQ2 EO의 광도 함수는 구형별집단과 초소형 은하의 광도 함수와 어떻게 비교되는가?
• RQ3 주변 은하 광도와 관련된 EOs의 광도 또는 크기에 체계적인 경향이 있는가?
• RQ4 관측된 EOs의 구조적 파aram터는 별집단 복합체의 융합을 포함한 형성 시나리오로 설명될 수 있는가?
• RQ5 $r_{\rm eff}$ 대 $M_{\rm V}$ 도표에서 EOs와 초기형 초소형 은하 사이의 갭은 어떤 의미를 갖는가?

주요 결과

• 카탈로그에는 총 813개의 EOs가 포함되어 있으며, 이 중 642개는 초기형 은하와 연관되어 있고 171개는 후기형 은하와 연관되어 있으며, V-대역 절대 등급은 $M_{\rm V} = -4$에서 $-14$ mag까지 다양하다.
• 절대 등급이 $M_{\rm V} = -10$ mag 이상인 EOs의 대부분은 거대 타원 은하와 연관되어 있어 고광도 영역에서 주변 은하의 광도 의존성이 뚜렷하다.
• EO의 최대 크기 한계는 광도에 따라 증가하며, $M_{\rm V} = -5$ mag일 때 약 30 pc에서 $M_{\rm V} = -14$ mag일 때 약 100 pc로 증가한다.
• 초기형 은하의 경우 EO 광도 함수는 $M_{\rm V} \approx -6.40$ mag에서, 후기형 은하의 경우 $-6.47$ mag에서 최고점을 이룬다. 이는 구형별집단 광도 함수의 최고점보다 약 1등급 어두운 수준이다.
• EO와 구형별집단은 $r_{\rm eff}$ 대 $M_{\rm V}$ 도표에서 연속적인 시퀀스를 이루며, 초기형 초소형 은하와는 명확히 분리되어 있으나, 고질량 쪽에서 밀집 타원 은하와 잠재적인 겹침이 존재할 수 있다.
• 특히 VUCD7와 같은 극단적 물체의 코어-헤일 표면 밝기 프로파일을 포함한 관측된 EOs의 구조적 파aram터는 병합된 별집단 복합체의 수치 모델에 잘 맞아떨어지며, EOs의 별집단 기원을 지지한다.