[논문 리뷰] Non-solar abundance ratios trends of dEs in Fornax Cluster using newly defined high resolution indices

S. Sen, R. F. Peletier외 1명|arXiv (Cornell University)|2022. 06. 30.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 86인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 분해능 R ~ 5000인 적층 스펙트로스코피를 사용하여 Fornax 은하군 내 8개의 거대한 난원형은하(dE) 은하에서 별 성분 비율을 측정하기 위해 새로운 고해상도 Lick 스타일의 선 인덱스 세트를 도입한다. 이들 dE 은하들은 태양 기반 비율에 비해 Na/Fe 비율이 상당히 낮은 것으로 나타나, 느린, 디스크 유사한 형성 역사를 반영하고 있으며, 이는 국부군 외부에서 해상도가 낮은 dE 은하에 대해 처음으로 이러한 성분 비율 프록시 측정을 수행한 것이다.

ABSTRACT

We perform a detailed study of the stellar populations in a sample of massive Fornax dwarf galaxies using a set of newly defined line indices. Using data from the Integral field spectroscopic data, we study abundance ratios of eight dEs with stellar mass ranging from 10$^8$ to 10$^{9.5}$ M$_\odot$ in the Fornax cluster. We present the definitions of a new set of high-resolution Lick-style indices to be used for stellar population studies of unresolved small stellar systems. We identify 23 absorption features and continuum regions, mainly dominated by 12 elements (Na, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Y, Ba and Nd) in the wavelength range 4700 - 5400 {A} and characterise them as a function of age, metallicity and alpha element abundance ratios. We analyse eight dEs and interpret the line strengths, measured in our new high resolution system of indices, with the aid of stellar population models with high enough spectral resolution. We obtain abundance ratio proxies for a number of elements that have never been studied before for dwarf ellipticals outside the Local Group. These proxies represent relative deviations from predicted index-strengths of base stellar population models built-up following the abundance pattern of The Galaxy. The abundance proxy trend results are compared to abundance ratios from resolved stars in the Local Group, and indices from integrated light of larger early-type galaxies. We find that all our dwarfs show a pattern of abundance ratios consistent with the disk of the Milky Way, indicative of slow formation in comparison to their high mass counterparts.

연구 동기 및 목표

• 해상도가 낮고 질량이 작은 별 집단에 대해 정밀한 성분 인구 분석을 위한 새로운 고해상도 선 인덱스 체계를 개발하기 위해.
• Fornax 은하군의 거대 dE 은하에서 11개 원소(예: Na, Ca, Ti, Cr, Mn, Fe, Ni, Y, Ba, Nd)의 성분 비율을 측정하기 위해.
• dE가 밀레드웨이 디스크 별들과 거대한 초기형 은하의 성분 패턴과 비교하여, 느린, 디스크 유사한 별 형성으로 인해 형성되었는지 조사하기 위해.
• 국부군을 초월한 성분 비율 연구를 확장하기 위해, 고해상도 스펙트럼 데이터를 사용하여 먼 은하단에서 해상도가 낮은 dE 은하를 분석하기 위해.
• 다른 은하 집단 간의 비교를 가능하게 하기 위해, 밀레드웨이 기반 모델 예측에서의 상대적 편차로서 성분 비율 프록시를 제공하기 위해.

제안 방법

• 고해상도 스펙트럼 데이터를 사용하여 4700–5400 Å 범위 내 23개의 고해상도 흡수 특징과 연속성 영역을 정의하였으며, 이는 주로 12개의 원소에 의해 지배된다.
• 저 신호 대비 잡음 비율, 해상도가 높은(약 R ~ 5000) 비해상도 시스템에 맞게 설계된 새로운 Lick 스타일 인덱스 체계를 사용하여 선 강도를 측정하였다.
• 고해상도 스펙트럼 데이터를 기반으로 PEGASE.HR 별 인구 합성 모델의 예측값과 관측된 인덱스 강도를 비교하였다.
• 밀레드웨이 은하의 성분 패턴을 기반으로 한 모델 예측에서의 상대적 편차를 계산하여 성분 비율 프록시를 산정하였다.
• 속도 분산(40 km s⁻¹)과 저해상도 데이터를 사용하여 고해상도 인덱스 체계의 정확성과 안정성을 검증하였다.
• 속도 분산을 통해 은하 질량에 따른 성분 경향을 추적하였으며, 거대한 초기형 은하와 국부군 내 해상도가 높은 별들과 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Fornax 은하군의 dE 은하들은 밀레드웨이 디스크와 일치하는 성분 비율 패턴을 보이며, 느린 형성을 시사하는가?
• RQ2 고해상도 선 인덱스는 저신호 대비 잡음 비율, 해상도가 낮은 저질량 별 집단에서 성분 비율을 신뢰성 있게 측정할 수 있는가?
• RQ3 dE의 성분 비율은 거대한 초기형 은하와 국부군 내 해상도가 높은 별들과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 국부군 외부의 dE에서 [Na/Fe] 성분 비율은 얼마이며, 태양 기반 비율과 비교해 볼 때 어떻게 되는가?
• RQ5 dE의 성분 경향은 환경적 과정(예: 기체압력 스트리핑)을 통해 늦은 형성 타입의 별 형성 은하에서 변형된 시나리오를 지지하는가?

주요 결과

• 이 연구는 국부군 외부에서 해상도가 높은 인덱스를 사용하여 11개 원소의 성분 비율 프록시를 해상도가 낮은 dE 은하에 대해 처음으로 유도한 것이다.
• Fornax 은하군 내 8개의 모든 dE는 태양 기반 비율에 비해 높은 별 질량 대비 느린, 지속적인 별 형성 역사를 반영하는 밀레드웨이 디스크와 일치하는 성분 비율을 보였다.
• 이들 dE의 [Na/Fe] 성분 비율은 상당히 태양 기반 비율 이하이며, 태양 기반 예측보다 훨씬 낮은 값으로 나타나, Virgo dE에서도 관측된 결과와 일치한다.
• dE의 성분 패턴은 Conroy 등(2014)의 거대 은하 성분 경향을 낮은 질량으로 외삽한 것과 밀도적으로 유사하여, 보편적인 형성 경향을 시사한다.
• 저신호 대비 잡음 비율과 낮은 속도 분산 조건에서도 고해상도 인덱스 체계가 개별 원소의 성분을 성공적으로 분리하여 정밀 측정이 가능했다.
• 결과는 dE가 기체를 잃은 후 기체압력 스트리핑을 통해 형성된 늦은 형성 타입의 별 형성 은하에서 유래하였으며, 디스크 유사한 화학적 흔적을 유지했다는 가설을 지지한다.