[논문 리뷰] SMC west halo: a slice of the galaxy that is being tidally stripped? Star clusters trace age and metallicity gradients

Bruno Dias, L. O. Kerber외 3명|arXiv (Cornell University)|2016. 04. 11.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 65인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 SOAR 망원경의 광도 측정 자료로부터 취득한 V(B-V) 색-등급도도를 사용하여 SMC의 서쪽 허브(이하 WH)에 위치한 9개의 별집단을 분석하여 균일한 연령, 금속성, 거리 및 적색도를 도출한다. 연구는 WH 내에서 강한 연령 및 금속성 기울기가 존재하며, 낮은 분산을 보이는 연령-금속성 관계가 LMC에 의한 tidal stripping과 일치함을 확인하여 WH가 SMC와 LMC의 상호작용 중에 형성된 tidal 잔여물임을 시사한다.

ABSTRACT

(ABRIDGED) The evolution and structure of the Magellanic Clouds is presently under debate. The classical scenario where both the Large and Small Magellanic Clouds (LMC, SMC) are orbiting the Milky Way has been challenged by an alternative where the LMC and SMC are in their first close passage to our Galaxy. Detailed studies of stellar populations in the galaxies should constrain the proposed scenarios. In particular, the west halo of the SMC was recently characterized with radial trends in age and metallicity which indicates tidal disruption. We increase the sample of star clusters in the west halo of the SMC with homogeneous age, metallicity, and distance derivations, to determine better age and metallicity gradients. Comparisons of observed and synthetic V,(B-V) colour-magnitude diagrams are used to derive parameters for west halo star clusters. We derived age and metallicity for the reference cluster NGC 152 compatible with literature parameters. Age and metallicity gradients are confirmed in the west halo: 2.6 +/- 0.6 Gyr/deg and -0.19 +/- 0.09 dex/deg, respectively. Age-metallicity relation for the west halo has low dispersion in metallicity and it is compatible with a burst model of chemical enrichment. All WH clusters seem to follow the same predicted stellar distribution, with exception of AM-3 that should belong to the counter-bridge. Bruck 6 is only 130 +/- 40 Myr old and it could have been formed during a recent tidal interaction of the SMC-LMC. We suggest that it is crucial to split the SMC cluster population in groups: main body, wing/bridge, counter-bridge and west halo. This is the way to analyse the complex star formation and dynamical history of our neighbour. In particular we show that west halo has clear age and metallicity gradients and age-metallicity relation, also compatible with the dynamical model of tidal influence of the LMC over the SMC.

연구 동기 및 목표

• 균일한 연령, 금속성 및 거리 측정을 통해 SMC 서쪽 허브의 별집단 샘플을 증가시키기.
• WH 내 연령 및 금속성 기울기가 LMC와의 가까운 근접 시에 발생한 tidal stripping을 지지하는지 테스트하기.
• SMC-LMC 상호작용의 천체역학적 모델과 별집단의 위치 및 운동을 비교하여 궤도 역사를 평가하기.
• 별 형성 및 천체역학적 역사 분석을 향상시키기 위해 SMC 별집단을 주체, 날개, 다리, 반다리, WH로 지역 기반 분류하기.
• Brück 6와 AM-3와 같은 주요 별집단을 최근 tidal 상호작용의 지표 및 SMC의 구조적 구성 요소로 식별하기.

제안 방법

• SOAR 4.1m 망원경 관측 자료에서 취득한 V(B-V) 색-등급도도(CMD)의 광도 분석.
• 각 별집단의 연령, 금속성, 거리 및 적색도를 도출하기 위해 관측된 CMD를 합성 CMD와 비교.
• 광도 측정 완전성 및 별집단 구성원 선별의 신뢰도 평가를 위한 인공성 항성 테스트.
• 통계적 비교를 통해 통제 영역과의 비교를 통해 별집단 구성원을 식별하고, 필드 항성 오염을 감소시키기.
• SMC 중심으로부터의 별집단 위치를 기반으로 WH 내 연령 및 금속성의 반경 기울기 분석.
• Besla 등(2011)의 천체역학 시뮬레이션과의 모델 비교를 통해 별집단 분포가 tidal stripping 예측과 일치하는지 테스트하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SMC 서쪽 허브의 별집단들은 tidal stripping과 일치하는 반경 기울기를 보이는가?
• RQ2 WH 내 연령-금속성 관계는 tidal 상호작용 이후 폭발적 화학적 풍화 모델과 일치하는가?
• RQ3 WH 별집단의 공간 분포는 SMC-LMC 상호작용의 천체역학적 모델 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 AM-3 및 Brück 6와 같은 별집단들은 연령과 금속성을 바탕으로 특정 tidal 구조(예: 반다리, 마젤란 다리)에 속하는가?
• RQ5 주체와 WH 사이의 연령 및 금속성 간의 관측된 불연속성은 별개의 천체역학적 기원을 나타내는가?

주요 결과

• SMC의 서쪽 허브(WH)는 반경 기울기 2.6 ± 0.6 Gyr/°를 보이며, 음의 선형 계수 -3.7 ± 1.8 Gyr를 가지며, 더 큰 반경에서 더 어린 별집단이 있음을 나타낸다.
• 금속성 기울기는 -0.19 ± 0.09 dex/°로 측정되었으며, WH 별집단의 [Fe/H] ≈ -0.8은 경계에서 주체의 [Fe/H] ≈ -1.3보다 유의미하게 높다.
• WH 별집단의 연령-금속성 관계는 낮은 분산을 보이며, Pagel & Tautvaisiene(1998)의 폭발적 화학적 풍화 모델과 일치하여 짧은 기간 동안의 풍화 사건을 지지한다.
• Brück 6는 샘플 중 가장 어린 별집단으로서 130 ± 40 Myr이며, WH과 마젤란 다리를 형성한 tidal 상호작용 기간 동안 형성된 것으로 일치한다.
• AM-3는 WH 지역에 위치하고 있지만, 반다리의 연령 및 금속성 경향을 따르므로, WH의 일부가 아니라 반다리에서 분리된 별집단일 가능성이 높다.
• WH 별집단의 공간 분포는 Besla 등(2011)의 천체역학 모델과 정성적으로 일치하며, 특히 주체와 타idal 팔 사이의 외곽 영역에서 SMC-LMC tidal 상호작용으로 인한 항성 잔해를 예측한다.