[논문 리뷰] An updated survey of globular clusters in M31. II Newly discovered bright and remote clusters

S. Galleti, M. Bellazzini외 3명|ArXiv.org|2007. 05. 28.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 37인용 수 40

한 줄 요약

이 연구는 M31의 극단적 외곽부에 위치한 48개의 후보 구형성단에 대한 스펙트로스코픽 조사 결과를 제시한다. 저해상도 스펙트럼을 이용해 근방 속도와 소스 형상 구조를 확인하였으며, 40–100 kpc의 투영 거리에 위치한 다섯 개의 새로운 원거리 빛나는 구형성단을 확인하였다. 이는 40 kPc를 초과하는 곳에서 알려진 성단 수를 거의 두 배로 늘렸으며, 금속성은 매우 금속 빈도에서 중간 정도의 금속성까지 다양하게 분포되어 있어, 은하계의 중심부와는 다릅니다.

ABSTRACT

We present the first results of a large spectroscopic survey of candidate globular clusters located in the extreme outskirts of the nearby M31 galaxy. We obtained low resolution spectra of 48 targets selected from the XSC of 2MASS, as in Galleti et al. (2005). The observed candidates have been robustly classified according to their radial velocity and by verifying their extended/point-source nature from ground-based optical images. Among the 48 observed candidates clusters we found 5 genuine remote globular clusters. One of them has been already identified independently by Mackey et al. (2007), their GC1; the other four are completely new discoveries: B516, B517, B518, B519. The newly discovered clusters lie at projected distance 40 kpc 40 kpc. At odds with the Milky Way, M31 appears to have a significant population of very bright globular clusters in its extreme outskirts.

연구 동기 및 목표

• M31 중심에서 2°를 초과하는 영역, 즉 극단적 외곽부에서 진정한 구형성단을 식별하고 확인하는 것.
• 은하계와는 달리 M31에는 알려진 빛나는 원거리 성단이 부족한 데 대해 설명하는 것.
• 2MASS 확장 소스 목록에서 유래한 후보들을 바탕으로, 대규모 거리에서 확인된 M31 구형성단의 수를 늘리는 것.
• 새로 발견된 성단의 광학적 및 스펙트로스코픽 특성(근방 속도, 금속성, 빛의 세기)을 특성화하는 것.
• 특히 빛의 세기 분포와 운동학적 특성에 초점을 맞춰 M31의 외부 구형성단계계의 성격과 형성 역사를 조사하는 것.

제안 방법

• M31 중심에서 2°를 초과하는 영역을 대상으로, 2MASS 확장 소스 목록에서 확장된 형상과 빨간색 색을 가진 48개의 후보 성단을 선별함.
• 테레스코피 나치오날레 갈릴레오와 카시니 망원경을 이용해 근방 속도를 측정하기 위해 저해상도 스펙트로스코피(λ/Δλ ≈ 800–1300)를 확보함.
• 지상 기반 옵티컬 이미지에서의 형상 분석과 함께, 근방 속도 기반으로 소스를 성단, 배경 은하, 전경 항성으로 분류함.
• 스펙트럼에서 가장 강한 Lick 인덱스를 측정하여 스펙트로스코픽 금속성([Fe/H])을 추정하고, 별 집단의 특성을 평가함.
• 독립적인 발견 결과(예: Mackey et al. 2007, Martin et al. 2006b)와의 교차 검증을 통해 성단의 정체성을 확인함.
• 원거리 성단의 운동학적 특성과 빛의 세기 분포를 분석하고, 은하계 성단계계 및 허브 운동학과 비교함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 M31의 외부 허브에 존재하는 48개의 후보 확장 소스의 진정한 성격은 무엇이며, 그 중 몇 개가 진정한 구형성단인가?
• RQ2 최근에 발견된 원거리 성단의 근방 속도와 금속성은 기존의 M31 및 은하계 구형성단과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 M31에서 40 kpc를 초과하는 영역에 존재하는 빛나는 구형성단의 빛의 세기와 공간 분포는 어떻게 되며, 은하계와 비교해 봤을 때 어떤가?
• RQ4 왜 M31는 빛나는 원거리 구형성단을 다수 보유하고 있는 반면, 은하계는 그렇지 않은가?
• RQ5 가장 먼 성단들(예: B519, B516)의 특성은, 예를 들어 붕괴된 소은하의 생존 핵으로서 다른 형성 메커니즘을 암시하는가?

주요 결과

• 다섯 개의 진정한 원거리 구형성단이 확인됨: B514(이전에 알려진 바 있음), B516, B517, B518, B519. 이들은 M31 중심으로부터 투영 거리가 40–100 kpc 사이에 위치함.
• 새로 발견된 성단의 절대 V magnitude는 -9.5에서 -7.5 사이로, 매우 빛나는 성단임을 나타내며, B514는 MV ≈ -9.1로 가장 빛나는 성단임.
• 다섯 개의 성단 중 네 개(Mackey-GC1, Martin-GC1, B517, B518)는 오래되었고 금속 빈도가 낮은 편이며, [Fe/H] ≤ -1.3로 고전적인 구형성단의 특성과 유사함.
• B519는 오래되었지만 중간 정도로 금속성이 높은 편([Fe/H] ≈ -0.5)이며, 금속 빈도가 낮은 성단들과는 다른 형성 또는 진화 역사를 암시함.
• B516는 매우 강한 발머 흡수선을 보이며, 약 2 Gyr 이내의 젊은 연령일 가능성이 있으나, 추가 확인이 필요함.
• 이 조사로 인해 Rp ≥ 40 kpc에서 확인된 M31 구형성단의 수가 거의 두 배로 증가하였으며, 은하계에서는 관측되지 않는 빛나는 원거리 성단 집단이 상당히 존재함을 드러냄.