[논문 리뷰] Extragalactic Globular Clusters in the Near Infrared I: A comparison between M87 and NGC 4478

M. Kissler‐Patig, Jean P. Brodie외 1명|ArXiv.org|2002. 06. 10.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 3인용 수 29

한 줄 요약

이 연구는 M87와 NGC 4478의 복합성 허브르 클러스터의 근적외선(Ks) 및 옵티컬(V, I) 광도 측정을 비교하여 금속성과 형성 역사를 조사한다. HST/WFPC2 및 Keck/NIRC 자료를 사용하여, NGC 4478는 밀려난 은하와 M31의 허브르 클러스터와 색상이 일치하는 파랑, 금속 빈곤 클러스터만을 포함하고 있음을 확인하며, 금속 빈곤성 인자로 인한 금속 농축 인구의 형성이 없음을 시사한다. 반면, M87는 상당한 금속성 분포(~0.5 dex 이내)를 보이며 다수의 중간 연령 클러스터에 대한 증거가 있는 넓은 복잡한 빨간색 하위집단을 포함하고 있어, 고·중간 적색편이에서 다수의 융합 또는 수용 사건을 수반하는 다단계 형성 역사를 시사한다.

ABSTRACT

We compare optical and near infrared colours of globular clusters in M87, the central giant elliptical in Virgo, and NGC 4478, an intermediate luminosity galaxy in Virgo, close in projection to M87. Combining V and I photometry obtained with the WFPC2 on HST and Ks photometry obtained with the NIRC on Keck 1, we find the broad range in colour and previously detected bi-modality in M87. We confirm that NGC 4478 only hosts a blue sub-population of globular clusters and now show that these clusters' V-I and V-K colours are very similar to those of the halo globular clusters in Milky Way and M31. Most likely, a metal-rich sub-population never formed around this galaxy (rather than having formed and been destroyed later), probably because its metal-rich gas was stripped during its passage through the centre of the Virgo cluster. The V-I, V-K colours are close to the predicted colours from SSP models for old populations. However, M87 hosts a few red clusters that are best explained by intermediate ages (a few Gyr). Generally, there is evidence that the red, metal-rich sub-population has a complex colour structure and is itself composed of clusters spanning a large metallicity and, potentially, age range. This contrasts with the blue, metal-poor population which appears very homogeneous in all galaxies observed so far.

연구 동기 및 목표

• M87와 NGC 4478의 복합성 허브르 클러스터의 옵티컬 및 근적외선 색상을 비교하여 금속성과 형성 역사를 탐구한다.
• M87의 금속 농축 하위집단이 균일한지, 다양한 금속성과 연령을 가진 다수의 하위군으로 구성되어 있는지 판단한다.
• M87의 이중성 시스템과 대비하여 NGC 4478가 왜 금속 농축 복합성 허브르 클러스터 집단을 갖지 않는지 조사한다.
• 광범위한 광도 측정(V, I, Ks)이 외성 은하의 복합성 허브르 클러스터 시스템에서 금속성과 연령 효과를 어떻게 분리하는지 신뢰성을 평가한다.
• M87의 빨간색 클러스터에서 관측된 색상 분포가 연령 변화 또는 금속성 분산으로만 설명 가능한지 테스트한다.

제안 방법

• Hubble 우주망원경의 WFPC2를 사용하여 M87와 NGC 4478 양쪽 모두의 고정밀 V 및 I 대역 광도 측정을 확보하였다.
• 근적외선 파장 범위의 금속성 감도 향상을 위해 Keck/NIRC 장치를 사용하여 Ks 대역 광도 측정을 확보하였다.
• 옵티컬 및 근적외선 색상(V-I, V-K)을 융합하여 복합성 허브르 클러스터 시스템의 금속성 및 연령 구조를 탐구하였다.
• 고령 단일 연령 인구에 대한 예측과 관측 색상을 비교하기 위해 별집단 합성(SPS) 모델(Maraston & Charlot 등)을 사용하였다.
• M87의 빨간 하위집단에서 색상 분포 및 금속성 분포의 유의성을 평가하기 위해 통계적 검증을 적용하였다.
• V-I 대비 V-K 색상-색상 다이어그램 분석을 통해 연령-금속성 디제너러시 가능성을 평가하고 중간 연령 클러스터 후보를 테스트하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 왜 NGC 4478는 M87의 이중성 시스템과는 달리 파랑, 금속 빈곤 복합성 허브르 클러스터 하위집단만을 포함하는가?
• RQ2 M87의 빨간 복합성 허브르 클러스터 시스템에서 관측된 색상 분포가 금속성 분산과 연령 분산 중 어느 정도를 반영하는가?
• RQ3 NGC 4478의 클러스터에서 관측된 V-I 및 V-K 색상은 밀려난 은하와 M31의 고령 금속 빈곤 인구 모델로 설명될 수 있는가?
• RQ4 Virgo 은하단 내에서 M87에 가까운 위치에 있음에도 불구하고, NGC 4478에서 금속 농축 복합성 허브르 클러스터 시스템 형성이 방지된 메커니즘은 무엇인가?
• RQ5 M87의 금속 농축 하위집단은 단일 주요 융합으로 설명되는 것이 바람직한가, 아니면 고·중간 적색편이에서 다수의 연속적인 별 형성 사건으로 설명되는 것이 바람직한가?

주요 결과

• NGC 4478는 V-I 및 V-K 색상이 은하의 허브르 클러스터와 일치하는 단지 파랑 하위집단의 복합성 허브르 클러스터만을 포함한다.
• NGC 4478에서 금속 농축 하위집단이 없는 것은, Virgo 은하단의 밀도 높은 핵심부를 통과할 동안 금속 농축 기체가 제거되어 금속 농축 클러스터 형성이 불가능해졌기 때문으로 가장 타당하게 설명된다.
• M87는 빨간 복합성 허브르 클러스터의 V-K 색상에 넓은 분포를 보이며, 빨간 하위집단에서 금속성 분포가 약 0.5 dex(반타계에서 이중 태양 금속성 이내)로 나타남을 시사한다.
• M87의 몇몇 빨간 클러스터는 고령 단일 연령 인구와 일치하지 않는 색상을 보이며, 몇 억 년 정도의 중간 연령으로 설명될 수 있으며, 이는 최근 또는 지속적인 별 형성의 증거나 된다.
• M87의 빨간 클러스터의 복잡한 색상 구조는 고·중간 적색편이에서 다수의 별 및 클러스터 형성 이벤트를 포함하는 형성 역사를 시사하며, 주로 기체 풍부한 융합로 인해 발생했을 가능성이 높다.
• 파랑 금속 빈곤 인구는 은하 간에 놀랄 정도로 균일한 반면, 빨간 금속 농축 인구는 다양한 기원을 가진 다수의 하위집단의 초점으로 나타나, 단일 붕괴 또는 단일 융합 모델로는 설명되지 않는 도전 과제를 제기한다.