[논문 리뷰] CHEMICAL ABUNDANCES IN CLUSTERS OF GALAXIES

F. Matteuccí, B. K. Gibson|arXiv (Cornell University)|1995. 03. 14.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 초신성에 의해 유도되는 바람을 포함한 세밀한 은하 진화 모델을 사용하여 은하군의 은하간 매질(ICM) 내 철과 알파 원소(O, Mg, Si)의 기원을 조사한다. 초기 질량 함수(IMF)가 [O/Fe]와 철 질량-광도 비율에 결정적인 영향을 미친다는 것을 입증하며, ASCA 데이터와 일치하기 위해 더 평탄한 IMF(x ≈ 1)가 선호됨을 보여주며, ICM 철의 약 70%가 제2형 초신성에서 기인하고 30%는 제1형 사건에서 기인함을 시사한다.

ABSTRACT

We study the origin of iron and alpha-elements (O, Mg, Si) in clusters of galaxies. In particular, we discuss the [O/Fe] ratio and the iron mass-to-luminosity ratio in the intracluster medium (ICM) and their link to the chemical and dynamical evolution of elliptical and lenticular galaxies. We adopt a detailed model of galactic evolution incorporating the development of supernovae- driven galactic winds which pollute the ICM with enriched ejecta. We demonstrate \it quantitatively m the crucial dependence upon the assumed stellar initial mass function in determining the evolution of the mass and abundances ratios of heavy elements in typical model ICMs. We show that completely opposite behaviours of [alpha/Fe] ratios (\ie positive versus negative ratios) can be obtained by varying the initial mass function without altering the classic assumptions regarding type Ia supernovae progenitors or their nucleosynthesis. Our results indicate that models incorporating somewhat flatter-than-Salpeter initial mass functions (ie x approx 1, as opposed to x=1.35) are preferred, provided the intracluster medium iron mass-to-luminosity ratio, preliminary [alpha/Fe]>0 ASCA results, and present-day type Ia supernovae rates, are to be matched. A simple Virgo cluster simulation which adheres to these constraints shows that approx 70% of the measured ICM iron mass has its origin in type II supernovae, with the remainder being synthesized in type Ia systems.

연구 동기 및 목표

• 은하군의 은하간 매질(ICM) 내 철과 알파 원소(O, Mg, Si)의 기원을 이해하기 위해.
• 초기 질량 함수(IMF)가 ICM 내 중원소 농도와 질량-광도 비율의 진화에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 관측된 [O/Fe] 비율과 철 질량-광도 비율을 은하화학 진화 이론 모델과 조율하기 위해.
• ICM 철 보유량에 대한 제2형과 제1형 초신성의 상대 기여를 규명하기 위해.

제안 방법

• 초신성에 의해 유도되는 은하 바람을 포함한 세밀한 은하화학 진화 모델을 사용하여, 풍부화된 물질이 ICM로 배출되는 과정을 모의한다.
• 모델은 다양한 별 집단을 통해 제2형과 제1형 초신성에서 생성되고 배출되는 알파 원소와 철의 생산을 추적한다.
• 초기 질량 함수(IMF)를 파rametric하게 변화시켜(살페터 유사한 x=1.35에서 더 평탄한 x≈1까지) ICM 농도 비율에 미치는 영향을 평가한다.
• 관측 제약 조건에 따라 모델을 校정한다: 현재의 제1형 초신성 발생률, [alpha/Fe] > 0에 대한 초기 ASCA 결과, ICM 철 질량-광도 비율.
• ICM 철 질량에 대한 제2형과 제1형 초신성의 기여 비율을 추정하기 위해 단순한 비고 은하단 시뮬레이션을 수행한다.
• 모델은 표준 핵합성 수확량을 사용하며, 제1형 초신성 원천 모델이나 수확량에 변화가 없다고 가정하여, IMF만이 핵심 변수로 분리된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 초기 질량 함수의 선택이 은하간 매질 내 예측된 [O/Fe] 비율에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 관측된 ICM 철 질량의 몇 퍼센트가 제2형 초신성과 제1형 초신성에서 기인하는가?
• RQ3 제1형 초신성 원천 가정을 변경하지 않고도, 단일 IMF 형태로 관측된 철 질량-광도 비율과 ICM 내 [alpha/Fe] 비율을 동시에 일치시킬 수 있는가?
• RQ4 유사한 핵합성 입력 조건을 가진 모델들 사이에서, 왜 일부는 [alpha/Fe] 비율이 양수를 예측하고 다른 일부는 음수를 예측하는가?
• RQ5 관측된 ICM 조성은 별의 초기 질량 함수 형태에 어떤 제약을 가하는가?

주요 결과

• 초기 질량 함수는 ICM 농도 비율, 특히 [O/Fe]의 진화에 정량적으로 결정적인 영향을 미친다.
• 관측된 [alpha/Fe] > 0과 ICM 철 질량-광도 비율을 재현하기 위해 살페터보다 더 평탄한 초기 질량 함수(x ≈ 1)가 필요하다.
• 더 평탄한 IMF를 가진 모델은 ICM 내 [alpha/Fe] > 0를 보여주는 초기 ASCA 결과와 성공적으로 일치한다.
• 비고 은하단 시뮬레이션에서 ICM 철 질량의 약 70%가 제2형 초신성에서 기인하고, 30%는 제1형 초신성에서 기인한다.
• 같은 IMF가 농도 비율을 재현하는 동시에 관측된 철 질량-광도 비율도 재현하므로, 여러 관측 제약 조건 간의 일관성이 확인된다.
• 이 연구는 동일한 제1형 초신성 가정과 수확량을 가진 조건에서, 단지 IMF만을 변경함으로써 [alpha/Fe] 비율의 반대 방향(양수 대 음수)을 생성할 수 있음을 보여준다.