[논문 리뷰] The Fornax3D project: Planetary nebulae catalogue and independent distance measurements to Fornax cluster galaxies

T. W. Spriggs, M. Sarzi외 18명|arXiv (Cornell University)|2021. 01. 01.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 87인용 수 13

한 줄 요약

이 연구는 Fornaks 군집의 21개의 초기형은하 중심부에서 VLT/MUSE 적층 스펙트로스코피를 이용해 1,350개의 성간운성운성운(PNe) 목록을 제시한다. 성간운성운성운함수(PNLF)를 적합하고 탐지 불완전성에 대한 보정을 통해, Fornax 군집까지의 독립적 거리로 19.86 ± 0.32 Mpc를 도출하였으며, 이는 표면 밝기 변동(SBF) 측정치와 뛰어난 일치를 보이며 이전에 보고된 PNLF와 SBF 방법 간의 모순을 해결한다.

ABSTRACT

Extragalactic planetary nebulae (PNe) offer a way to determine the distance to their host galaxies thanks to the nearly universal shape of the planetary nebulae luminosity function (PNLF). Accurate PNe distance measurements rely on obtaining well-sampled PNLFs and the number of observed PNe scales with the encompassed stellar mass. This means either disposing of wide-field observations or focusing on the bright central regions of galaxies. In this work we take this second approach and conduct a census of the PNe population in the central regions of galaxies in the Fornax cluster, using VLT/MUSE data for the early-type galaxies observed over the course of the Fornax3D survey. Using such integral-field spectroscopic observations to carefully separate the nebular emission from the stellar continuum, we isolated [OIII] 5007 {\AA} sources of interest, filtered out unresolved impostor sources or kinematic outliers, and present a catalogue of 1350 unique PNe sources across 21 early-type galaxies, which includes their positions, [OIII] 5007 {\AA} line magnitudes, and line-of-sight velocities. Using the PNe catalogued within each galaxy, we present independently derived distance estimates based on the fit to the entire observed PNLF observed while carefully accounting for the PNe detection incompleteness. With these individual measurements, we arrive at an average distance to the Fornax cluster itself of 19.86 $\pm$ 0.32 Mpc ($\mu_{PNLF}$ = 31.49 $\pm$ 0.04 mag). Our PNLF distance measurements agree well with previous distances based on surface brightness fluctuations, finding no significant systematic offsets between the two methods as otherwise reported in previous studies.

연구 동기 및 목표

• 고도의 은하배경이 존재하고 전통적인 광학적 방법이 제한되는 Fornax 군집의 초기형은하 중심부에서 성간운성운성운(PNe)의 종합적 조사를 수행하기 위해.
• 적층 스펙트로스코피를 활용해 조밀한 은하핵에서 성간운성운성운을 탐지하는 강력한 방법을 개발하여, 성운 방출선과 항성 연속광을 분리하기 위해.
• 탐지 불완전성을 고려하여 성간운성운성운함수(PNLF)를 이용해 Fornax 군집 은하까지의 독립적 거리 추정치를 도출하기 위해.
• PNLF의 보편성과 성간운성운성운함수(PNLF) 및 표면 밝기 변동(SBF) 거리 측정치 간의 모순을 테스트하고 해결하기 위해.

제안 방법

• Fornax 군집의 21개의 초기형은하에 대해 깊이 있는 공간 해상도를 가진 VLT/MUSE 적층 스펙트로스코피 관측을 수행하였다.
• 전체 스펙트럼 피팅을 이용해 항성 연속광을 제거하여 [O iii] 5007 Å 방출선을 성운 소스에서 분리하였다.
• 해당되지 않는 가짜 신호와 운동학적 이질점을 걸러내어 최종적으로 1,350개의 고유한 성간운성운성운 샘플을 확보하였다.
• 각 은하의 관측된 PNLF에 일반화된 해석적 형태를 적합하고, 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 탐지 불완전성에 대한 보정을 수행하였다.
• 개별 PNLF 기반 거리 모듈러스를 조합하여 Fornax 군집까지의 가중 평균 거리를 계산하였다.
• 체계적 편향을 평가하기 위해 결과를 SBF 및 기타 거리 지표와 비교 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고도의 표면 밝기에서 은하배경이 지배하는 초기형 Fornax 군집 은하 중심부에서 성간운성운성운의 분포와 함수는 어떻게 되는가?
• RQ2 적층 스펙트로스코피를 이용해 고표면 밝기 은하핵에서 성간운성운성운함수(PNLF)를 신뢰성 있게 측정할 수 있는가?
• RQ3 PNLF를 기반으로 도출된 Fornax 군집까지의 독립적 거리는 얼마이며, 표면 밝기 변동(SBF)과 같은 기존 방법과 비교해 보면 어떠한가?
• RQ4 PNLF와 SBF 거리 측정치 사이에 체계적 편차가 존재하는가? 만약 그렇다면, 개선된 탐지 완전성과 모델링을 통해 이를 해결할 수 있는가?

주요 결과

• 이 연구는 Fornax 군집의 21개의 초기형은하에 걸쳐 정밀한 위치, [O iii] 5007 Å 등급, 선속도를 포함한 1,350개의 고유한 성간운성운성운 목록을 제시한다.
• PNLF 기반 거리 모듈러스는 31.49 ± 0.04 mag이며, 이는 거리 19.86 ± 0.32 Mpc에 해당한다.
• 이전 연구에서 보고된 바와 같이 SBF 거리와 비교했을 때 PNLF 거리 추정치에 유의미한 체계적 편차가 없었으며, 이는 이전의 갈등을 해결함을 의미한다.
• 평균 PNLF 거리는 Blakeslee 등(2009)의 SBF 거리 20 Mpc와 de Grijs & Bono(2020)의 다중 방법 평균 거리 19.1 Mpc와 일치한다.
• Fornax 군집의 초기형은하(ETGs)의 공간 분포는 BCG인 NGC 1399까지의 가정된 거리와는 무관하게 질량 분리의 강한 증거를 보이지 않는다.
• 적응형 광학 기반 MUSE 관측은 PNLF 방법의 적용 범위를 최대 40 Mpc까지 확장할 수 있으며, 이는 기존 기법의 적용 거리 범위를 두 배로 늘릴 수 있다.