[논문 리뷰] Revisiting the relation between the number of globular clusters and galaxy mass for low mass galaxies

Dennis Zaritsky|arXiv (Cornell University)|2022. 04. 13.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 59인용 수 22

한 줄 요약

이 연구는 저질량 은하에서 은하 질량(MT)에 대한 구형별집단(GC) 수(NGC)의 관계를, 은하 규모관계 기반의 새로운 질량 추정 방법을 사용하여 재검토한다. 연구는 MT ∼10⁸.⁷⁵ M⊙까지 거의 선형적인 NGC ∝ MT⁰.⁹²±⁰.⁰⁸ 관계를 발견하며, 융합 기반 또는 계층적 형성 모델에 도전하고, 평균로 하나 미만의 GC만을 갖는 은하에서도 GC 형성이 강건하고 지속적인 과정임을 시사한다.

ABSTRACT

Using a new method to estimate total galaxy mass (M$_{ m T}$) and two samples of low luminosity galaxies containing measurements of the number of globular clusters (GCs) per galaxy (N$_{ m GC}$), we revisit the N$_{ m GC}-$M$_{ m T}$ relation using a total of 203 galaxies, 157 of which have M$_{ m T}$ $\ \le 10^{10}$ M$_\odot$. We find that the relation is nearly linear, N$_{ m GC} \propto$ M$_{ m T}^{0.92\pm0.08}$ down to at least M$_{ m T} \sim 10^{8.75}$ M$_\odot$. Because the relationship extends to galaxies that average less than one GC per galaxy and to a mass range in which mergers are relatively rare, the relationship cannot be solely an emergent property of hierarchical galaxy formation. The character of the radial GC distribution in low mass galaxies, and the lack of mergers at these galaxy masses, also appears to challenge models in which the GCs form in central, dissipatively concentrated high-density, high-pressure regions and are then scattered to large radius. The slight difference between the fitted power-law exponent and a value of one, leaves room for a shallow M$_{ m T}$-dependent variation in the mean mass per GC that would allow the relation between total mass in GCs and M$_{ m T}$ to be linear.

연구 동기 및 목표

• 융합이 흔하지 않은 저질량 은하로 NGC–MT 관계를 확장하기 위해.
• GC 수가 알려진 저광도 은하의 정밀한 총질량(MT) 측정치 부족 문제를 해결하기 위해.
• 10¹⁰ M⊙ 이하 질량에서 NGC–MT 관계가 선형을 유지하는지 테스트하여, 계층적 첨가의 잠재적 특성으로 기인하는 이 관계를 도전하기 위해.
• GC 형성이 평균로 하나 미만의 GC를 갖는 은하를 포함한 다양한 질량의 은하에서 일관된지 평가하기 위해.
• 운동학적 질량 측정이 불가능한 대규모 샘플에서 MT의 대체 지표로 규모관계의 타당성을 평가하기 위해.

제안 방법

• 스펙트로스코픽 운동학이 아닌, 은하 규모관계(예: 크기–광도, 툴리–파이저 관계)를 사용하여 총은하질량(MT)을 추정한다.
• 이 규모관계를 GC 수가 측정된 저광도 은하의 두 대규모 샘플에 적용한다: Forbes et al. (2020) 및 Carlsten et al. (2021a).
• Forbes et al. (2020)의 NGC 값에 대해 HST 기반 완전성 보정(사이폴리 등, 2022)과의 중첩을 바탕으로 중앙값 승수 보정(0.27)을 적용한다.
• 빈 데이터에 대한 통계 분석을 수행하여 NGC–MT 관계의 비율 지수를 결정한다.
• 규모관계 방법의 타당성을 검증하기 위해 동역학적 질량 추정치와 비교하고 선형성과의 일관성을 평가한다.
• 거리 및 magnitude 보정을 위해 WMAP9 우주론과 태양의 V-band 절대 등급 4.81을 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 융합이 흔하지 않은 질량 약 10⁸.⁷⁵ M⊙ 수준까지 NGC–MT 관계가 선형을 유지하는가?
• RQ2 운동학 측정이 불가능한 저광도 은하에서 규모관계가 총질량(MT)에 대한 신뢰할 수 있는 대체 지표가 될 수 있는가?
• RQ3 관측된 NGC–MT 관계는 계층적 은하 형성의 잠재적 특성에 기인하는가, 아니면 GC 형성의 근본적이고 지속적인 과정을 반영하는가?
• RQ4 GC 탐지의 완전성 보정이 다양한 연구 간 NGC 측정치의 정규화 및 비교 가능성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 저질량 은하에서 GC의 반경 분포는 융합 기반 분포 이론에 어떤 함의를 갖는가?

주요 결과

• NGC–MT 관계는 지수 0.92 ± 0.08인 힘의 법칙으로 잘 기술되며, MT ∼10⁸.⁷⁵ M⊙까지 거의 선형임을 시사한다.
• 평균로 하나 미만의 GC만을 갖는 은하에서도 이 관계가 유지되며, 낮은 질량에서 GC 형성이 임계값이 없이 지속됨을 시사한다.
• 저질량 은하에서 GC의 반경 분포는 별의 분포와 거의 정확히 일치하며, 융합 기반 산란에 의한 허브로의 분포가 필요하다는 모델을 반박한다.
• 관측된 선형성은 계층적 첨가나 융합 활동에 기인하는 관계의 잠재적 특성에 기인한다는 모델을 도전한다.
• 이 연구는 가장 낮은 질량까지의 관측에서 NGC–MT 관계에 전환점이나 임계값이 없음을 입증하며, 일부 최신 시뮬레이션의 예측과 정면으로 배치된다.
• 결과는 GC 형성이 광범위한 은하 질량 범위에서 거의 일정한 효율로 이루어질 수 있음을 시사하며, 이는 초기 우주의 밀도 파동 운동과 관련이 있을 수 있다.