[논문 리뷰] Nearby early-type galaxies with ionized gas. III. Analysis of line-strength indices with new stellar population models

F. Annibali, A. Bressan외 3명|Phaidra (Universität Wien)|2006. 09. 06.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 89인용 수 92

한 줄 요약

이 연구는 새로운 단순 별집단(SSP) 모델을 사용하여 65개의 근접한 초기형은하에서 별집단 성질을 분석하며, 다양한 반경에서 Lick 선강도 지수를 통해 연령, 금속성, [α/Fe]를 유도한다. 주요 결과로는 금속성과 [α/Fe]가 중심 속도 분산과 강하게 상관되며, 이는 질량이 큰 은하에서 더 효율적이고 짧은 기간 동안의 별 형성이 이루어졌음을 시사한다. 저밀도 환경에 있는 젊은 은하의 경우 총 질량의 25% 이내로 제한된 재생화 사건에 기인한 것으로 보인다.

ABSTRACT

In this paper we study the underlying stellar population of a sample of 65 nearby early-type galaxies predominantly located in low density environments. Ages, metallicities and [alpha/Fe] ratios have been derived through the comparison of Lick indices measured at different galacto-centric distances with new SSP models which account for the presence of alpha/Fe enhancement. The SSPs cover a wide range of ages, metallicities and [alpha/Fe] ratios. To derive the stellar population parameters we have devised an algorithm based on the probability density function. We derive a large spread in age ((1-15) Gyrs). Age does not show any significant trend with central velocity dispersion sigma_c but E galaxies appear on average older than S0. On the contrary, an increasing trend of metallicity and [alpha/Fe] with sigma_c is observed, testifying that the chemical enrichment was more efficient and the duration of the star formation shorter in more massive galaxies. We have also sought for possible correlations with the local galaxy density but neither metallicity nor alpha-enhancement show clear trends. However we find that while low density environments (LDE) contain very young objects (from 1 to 4 Gyr), none of the galaxies in the higher density environments (HDE) is younger than 5 Gyrs. Considering the lack of environmental effect on the [alpha/Fe] ratio and the high value of [alpha/Fe] in some young massive objects, we argue that young galaxies in LDE are more likely due to recent rejuvenation episodes. By comparing the number of rejuvenated objects with the total number of galaxies in our sample, and by means of simple two-SSP component models, we estimate that, on average, the rejuvenation episodes do not involve more than 25 % of the total galaxy mass.

연구 동기 및 목표

• 65개의 근접한 초기형은하에 있는 이온화된 가스를 포함한 샘플의 기초적인 별집단 성질—연령, 금속성, [α/Fe]—을 규명하기 위해.
• 이 별집단 매개변수들이 은하의 위치함수(중심 속도 분산 σc를 통해)와 국지적 환경 밀도(ρxyz)와 어떻게 상관되는지 조사하기 위해.
• 환경 조건이 초기형은하의 형성과 진화에 미치는 역할, 특히 재생화 사건을 통해 어떻게 작용하는지 평가하기 위해.
• 별집단의 공간 기울기를 분석하여 별 형성과 화학적 풍부도 과정의 반경 방향 진화를 추론하기 위해.

제안 방법

• 각 은하의 다양한 은하중심 반경에서 별집단을 탐사하기 위해 7개의 개구부와 4개의 반경 기울기를 통해 Lick 선강도 지수를 측정하였다.
• 변동 가능한 [α/Fe] 비율을 포함한 새로운 단순 별집단(SSP) 모델과 관측된 지수를 비교하였으며, 이 모델은 넓은 연령 범위(1–16 Gyr), 금속성(0.0004 ≤ Z ≤ 0.05), [α/Fe](0–0.8)를 포함한다.
• 연령-금속성 딜레마를 1σ 신뢰구간 내에서 해결할 수 있도록 (연령, Z, [α/Fe]) 공간의 전체 확률밀도함수를 계산하는 알고리즘을 적용하였다.
• 젊은 은하에서 재생화 사건에 관여한 질량 비율을 추정하기 위해 이중-SSP 구성 요소 모델을 사용하였다.
• 금속성, 연령, [α/Fe]의 반경 기울기를 분석하여 별 형성과 풍부도 효율성의 공간 분포를 추론하였다.
• 별집단 매개변수를 중심 속도 분산(σc)과 국지적 은하 밀도(ρxyz)와 관련지어, 환경적 및 역학적 영향을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 연령, 금속성, [α/Fe]는 초기형은하 전반에서 어떻게 변화하며, 이는 그들의 형성 시간스케일에 대해 무엇을 드러내는가?
• RQ2 별집단 매개변수와 중심 속도 분산(σc) 사이의 관계는 무엇이며, 이는 중력 위치함수가 은하 형성에 미치는 역할을 어떻게 시사하는가?
• RQ3 국지적 은하 밀도(ρxyz)에 따른 별집단 성질의 감지 가능한 환경 의존성은 있는가, 특히 젊은 은하의 경우에?
• RQ4 주요 분열과 같은 재생화 사건이 초기형은하의 질량 구조 형성에 얼마나 기여하는가?
• RQ5 금속성, 연령, [α/Fe]의 반경 기울기는 별 형성과 화학적 풍부도의 공간적·시간적 진화를 어떻게 반영하는가?

주요 결과

• 별집단 연령은 수십억 년에서 150억 년까지 광범위하게 분포되어 있으며, 타원은하(평균 8.7 Gyr)는 렌티큘라 은하(평균 6.3 Gyr)보다 더 오래되었고, 중심 속도 분산과의 유의미한 추세는 없었다.
• 금속성과 [α/Fe]는 중심 속도 분산(σc)과 강하게 정적상관관계를 보이며, 이는 질량이 큰 은하에서 더 효율적인 화학적 풍부도와 짧은 별 형성 시간스케일이 이루어졌음을 시사한다.
• [α/Fe] 비율은 약 0.22에 도달하며, 연령이나 금속성보다 더 좁은 분포를 보이며, 이는 α-강화가 형성 시간스케일을 제약하는 데 기여함을 지지한다.
• 저밀도 환경(ρxyz ≤ 0.4)에 있는 은하는 매우 젊은 물체(1–4 Gyr)를 포함하지만, 고밀도 환경(HDE)에서는 5 Gyr 미만의 은하가 전혀 없어 최근 별 형성의 환경적 억제가 일어나고 있음을 시사한다.
• 젊은 은하에서 [α/Fe]에 대한 환경 의존성이 없음을 고려할 때, 최근 별 형성은 장기적인 별 형성보다 주로 주요 분열에 기인한 재생화 사건에 기인한 것으로 보인다.
• 반경 기울기는 명확한 음의 금속성 기울기 Δlog Z/Δlog(r/re) ∼ -0.21를 보이며, 연령과 [α/Fe]는 re/2 이내에서 비교적 평탄한 편이므로 중심 영역에서 별 형성 시간스케일이 균일하고 중심 효율성이 증가함을 나타낸다.