[논문 리뷰] Bimodal star formation in elliptical galaxies and the enrichment of the intra-cluster medium

D. Elbaz, M. Arnaud외 1명|ArXiv.org|1995. 05. 23.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 타원은하에서 이중 모드의 별 형성 모델을 제안한다. 초기에 질량이 큰 별 형성( m > 3 M☉)이 일어나 핵붕괴 초신성(SNII)을 통해 대부분의 철을 생성하고 강력한 은하적 바람을 일으키며, 이후에는 금속으로 둘러싸인 가스와 별의 방출 물질에서 기인한 침착한 별 형성이 이루어져 은하의 진화를 유지한다. 이 모델은 타원은하와 은하단 간 매질(ICM)에서 관측된 철 농도를 성공적으로 설명한다.

ABSTRACT

A detailed model of galactic evolution is proposed to explain both the iron content of the Intra-Cluster Medium (ICM) and of the ellipticals pertaining to the cluster. SNII are responsible for the production of Fe in the galaxies and of its partial ejection in the surrounding medium. A high formation rate of massive stars only ($m>3~{ m M_{\sun}}$) at the very early stage of evolution of ellipticals, reminiscent of starburst galaxies, is advocated. The high rate of SNII explosions induces a powerful galactic wind, followed by a more quiescent evolution where stars are formed, with a normal Initial Mass Function (IMF), from the enriched gas remaining after the wind phase and from the gas restored by the longest living stars produced during the early phase. Most of the iron is produced by the high-mass stars created in the early burst phase.

연구 동기 및 목표

• 타원은하와 은하단 간 매질(ICM)에서 관측된 철 농도 간의 괴리 현상을 해결하기 위해.
• 표준 별 핵합성 모델이 예측하는 것보다 타원은하가 더 적은 철을 포함하고 있는 이유를 설명하기 위해.
• 은하단 타원은하의 별 형성 역사를 초신성 수확량과 연결하여 관측된 ICM의 Fe/H 비율을 설명하기 위해.
• 은하 외부로 철을 제거하는 은하적 바람의 역할을 모델링하기 위해.

제안 방법

• 초기 고질량 별 형성 폭발과 그 후 침착한 단계로 나누어진 두 단계의 은하 진화 모델링.
• 초기 폭발 단계에서 위상이 높은 초기 질량 함수(IMF)를 사용하여 SNII 발생률과 철 생성량을 증가시킴.
• SNII 에너지 입력에 의해 유도되는 은하적 바람의 배출을 시뮬레이션하여 철로 농축된 가스의 일부를 제거함.
• 별의 수확량, 초신성 피드백 및 가스 재순환을 통해 철과 기타 원소의 진화 추적.
• 모델 예측의 Fe/H 농도를 은하와 ICM에서의 관측 데이터와 비교함.
• 초기 폭발에서 기인한 장수성 별의 기여를 포함하여 후속 별 형성을 위한 금속 농축 가스를 공급함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 왜 은하단 간 매질(ICM)의 철 농도가 타원은하의 철 농도보다 더 높은가?
• RQ2 이중 단계의 별 형성 역사는 관측된 타원은하와 ICM의 철 농도를 모두 설명할 수 있는가?
• RQ3 핵붕괴 초신성(SNII)은 은하에서 ICM로 철을 어떻게 제거하는가?
• RQ4 질량이 큰 별(m > 3 M☉)의 높은 초기 별 형성률은 은하적 바람과 금속 배출에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 초기 폭발 단계와 후속 침착한 별 형성 단계를 조합한 모델로 관측된 ICM의 Fe/H 비율을 재현할 수 있는가?

주요 결과

• 초기 폭발 단계에서 질량이 큰 별 형성(m > 3 M☉)이 타원은하와 ICM에서 관측된 대부분의 철을 생성한다.
• SNII 폭발에 의해 유도되는 은하적 바람은 생성된 철의 상당 부분을 제거하여 ICM에 존재하는 철을 설명한다.
• 금속 농축 가스와 별의 방출 물질에서 기인한 침착한 별 형성 단계는 은하의 빛의 세기와 금속 농도를 유지한다.
• 추가적인 철 공급원이 필요 없이도 모델은 관측된 ICM의 철 농도를 성공적으로 재현한다.
• 이중 모드의 별 형성 시나리오는 타원은하와 ICM의 관측된 Fe/H 비율을 SNII의 이론적 수확량과 일치시킨다.
• 높은 초기 별 형성률은 별 폭발 조건과 일치하며, 이후 장기간에 걸친 낮은 수준의 별 형성 단계를 따르게 된다.