[논문 리뷰] Fossil group origins IX. Probing the formation of fossil galaxy groups with stellar population gradients of their central galaxies

E. M. Corsini, L. Morelli외 8명|arXiv (Cornell University)|2018. 09. 04.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 104인용 수 10

한 줄 요약

이 연구는 두 개의 가까운 고대성 은하군(NGC 6482 및 NGC 7556)의 중심 은하(BCG)에서 공간적으로 해상도가 높은 은하계 인구 기울기 변화를 분석하여 고대성 은하군의 형성 과정을 조사한다. 장선형 분광법과 단일 은하계 인구 모델을 사용하여, 낮은 음성 금속성 기울기와 거의 없는 $\alpha$-요소 농도 기울기를 발견하였으며, 이는 이러한 거대 은하들이 빛나는 위성은 존재하지 않았던 실패한 군으로서가 아니라 습기 있는 주요 합성에 의해 형성되었음을 시사한다. 결과는 천체역학 시뮬레이션과 일치하는 합성 주도 형성 시나리오를 지지한다.

ABSTRACT

Fossil groups (FGs) are galaxy aggregates with an extended and luminous X-ray halo, which are dominated by a very massive early-type galaxy and lack of L* objects. FGs are indeed characterized by a large magnitude gap between their central and surrounding galaxies. This is explained by either speculating that FGs are failed groups that formed without bright satellite galaxies and did not suffer any major merger, or by suggesting that FGs are very old systems that had enough time to exhaust their bright satellite galaxies through multiple major mergers. Since major mergers leave signatures in the stellar populations of the resulting galaxy, we study the stellar population parameters of the brightest central galaxies (BCGs) of FGs as a benchmark against which the formation and evolution scenarios of FGs can be compared. We present long-slit spectroscopic observations along different axes of NGC 6482 and NGC 7556, which are the BCGs of two nearby FGs. The measurements include spatially resolved stellar kinematics and radial profiles of line-strength indices, which we converted into stellar population parameters using single stellar-population models. NGC 6482 and NGC 7556 are very massive and large galaxies and host a centrally concentrated stellar population, which is significantly younger and more metal rich than the rest of the galaxy. The age gradients of both galaxies are somewhat larger than those of the other FG BCGs studied so far, whereas their metallicity gradients are similarly negative and shallow. They have negligible gradients of alpha-element abundance ratio. The measured metallicity gradients are less steep than those predicted for massive galaxies that formed monolithically and evolved without experiencing any major merger. We conclude that the observed FGs formed through major mergers rather than being failed groups that lacked bright satellite galaxies from the beginning.

연구 동기 및 목표

• 고대성 은하군 중심 은하(BCG)가 주요 합성에 의해 형성되었는지, 아니면 처음부터 빛나는 위성을 포함하지 않은 실패한 군으로서 형성되었는지 테스트하기 위해.
• 고대성 은하군 BCG의 은하계 인구 기울기가 계층적 합성과 동역학적 진화의 흔적을 반영하는지 확인하기 위해.
• 관측된 연령, 금속성 및 $\alpha$-요소 농도 기울기를 단일 응축 모델과 합성 주도 형성 모델의 예측과 비교하기 위해.
• 고대성 은하군 BCG가 다른 거대 타원은하 및 S0은하와 다름없이 특정 가족의 시스템으로 간주되는가를 평가하기 위해.

제안 방법

• 그란 테레스코피아 칸아리아를 사용하여 NGC 6482와 NGC 7556의 주축, 보조축 및 대각선 축을 따라 장선형 분광 관측을 수행하였다.
• 스펙트럼에서 공간적으로 해상도가 높은 은하계 운동학 및 선강도 지수(예: H$\delta$, Fe5270, Mgb)의 반경 프로파일을 측정하였다.
• Thomas 등(2003)의 단일 은하계 인구 모델을 사용하여 선강도 지수를 연령, 금속성 및 [$\alpha$/Fe]로 변환하였다.
• BCG의 반경 기울기(연령, 금속성, $\alpha$-요소 농도)를 분석하여 형성 역사를 추론하였다.
• 관측된 기울기를 단일 응축 모델과 습기 있는 합성 시뮬레이션의 이론적 예측과 비교하였다.
• NED, RC3 및 SDSS의 광학적 및 적색편이 데이터를 사용하여 은하질량($M_{\ast} \simeq 10^{11.5}$ M$_{\odot}$), 거리 및 구조적 파rameter를 유도하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고대성 은하군 BCG의 은하계 인구 기울기는 주요 합성 형성 시나리오를 지지하는가, 아니면 처음부터 빛나는 위성을 포함하지 않은 실패한 군 형성의 증거인가?
• RQ2 NGC 6482와 NGC 7556의 관측된 연령, 금속성 및 [$\alpha$/Fe] 기울기는 거대 은하의 단일 응축 모델 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 고대성 은하군 BCG에서 금속성 기울기와 은하질량 간의 상관관계가 있으며, 이는 일반적인 초기형 은하 집단과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 고대성 은하군 BCG의 관측된 기울기가 다른 거대 타원은하 및 S0 은하와 유의미하게 다를까, 이는 별개의 형성 경로를 시사하는가?
• RQ5 고대성 은하군 BCG의 은하계 인구 특성이 천체역학 유체역학 시뮬레이션의 군 형성 예측과 어느 정도 일치하는가?

주요 결과

• NGC 6482와 NGC 7556는 $M_{\ast} \simeq 10^{11.5}$ M$_{\odot}$의 매우 거대한 BCG이며, 효과적 직경은 $D_{25} \simeq 50$ kpc이다.
• 양 간의 은하는 중심에 집중된 은하계 인구를 지니며, 외곽 지역보다 훨씬 더 어린 연령과 더 높은 금속성을 보이며 최근의 별 형성 폭발을 시사한다.
• 양 간의 은하에서 연령 기울기는 다른 고대성 은하군 BCG보다 더 크며, 최근 또는 지속적인 별 형성 활동을 시사한다.
• 금속성 기울기는 음성이지만 얕으며, 거대 은하의 단일 응축 모델이 예측하는 것보다 훨씬 낮은 기울기를 보인다.
• [$\alpha$/Fe] 농도 비율은 거의 없는 반경 기울기를 보이며, 강력하고 짧은 기간의 별 형성 사건이 없음을 시사하며, 장기적 또는 습기 있는 합성 기원을 지지한다.
• 고대성 은하군 BCG의 관측된 은하계 인구 기울기는 일반적인 거대 초기형 은하 집단의 기울기와 일치하며, 실패한 군 형성보다는 습기 있는 주요 합성에 의해 가장 잘 설명된다.