[논문 리뷰] The Hydra I cluster core. I. Stellar populations in the cD galaxy NGC 3311

C. E. Barbosa, M. Arnaboldi외 4명|arXiv (Cornell University)|2016. 03. 07.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 76인용 수 15

한 줄 요약

이 연구는 VLT/FORS2 분광법을 사용하여 cD 은하 NGC 3311의 3개의 효과적 반경에 걸쳐 별 집단을 분석하며, 두 가지 유형의 영역을 밝혀냈다: 초기 건조 합성에 의해 현지에서 형성된 옛날이고 금속 농도가 높은 내부 은하와, 계속해서 소은하의 순환에 의해 형성된 더 높은 운동 에너지와 금속 농도가 높은 외부 대기. 중심에서 벗어난 외곽은 유입 중인 군집으로부터 간섭을 받은 간섭에 의해 발생한 것으로 보이며, 이는 대기 형성 과정이 늦은 시기의 질량 순환과 어둠센 허브 상호작용을 통해 계속 진행 중임을 시사한다.

ABSTRACT

(Abridged for arXiv) The history of the mass assembly of brightest cluster galaxies may be studied by the mapping the stellar populations at large radial distances from the galaxy centre. We provide extended and robust measurements of the stellar population parameters in NGC 3311, the cD galaxy at the centre of the Hydra I cluster and out to three effective radii. Using seven absorption-features defined in the Lick/IDS system and single stellar populations models, we obtained luminosity-weighted ages, metallicities and alpha element abundances. The trends in the Lick indices and the distribution of the stellar population parameters indicate that the stars of NGC 3311 may be divided into two radial regimes, one within and the another beyond one effective radius, $R_e = 8.4$ kpc, similar to the distinction between inner galaxy and external halo derived from the NGC 3311 velocity dispersion profile. The inner galaxy ($R\leq R_e$) is old (age $\sim 14$ Gyr), have negative metallicity gradients and positive alpha element gradients. The external halo is also very old, but the metal and element abundances of the external halo have both a large scatter, indicating that stars from a variety of satellites with different masses have been accreted. The region in the extended halo associated with the off-centred envelope at 0$^o$ < P.A.< 90$^o$ (Arnaboldi et al. 2012) has higher metallicity with respect to the symmetric external halo. The different stellar populations in the inner galaxy and extended halo reflect the dominance of in situ stars in the former and the accreted origin for the large majority of the stars in the latter. These results provide supporting evidence to the recent theoretical models of formation of massive ellipticals as a two-phase process.

연구 동기 및 목표

• 3개의 효과적 반경까지의 공간적으로 확장된 별 집단 매개변수를 특성화하기 위해.
• 현지 및 순환된 별 구성 요소를 구분함으로써 cD 은하의 형성 역사를 규명하기 위해.
• 어둠센 허브와의 tidal 상호작용이 확장된 대기와 중심에서 벗어난 외곽을 어떻게 형성하는지 조사하기 위해.
• 낮은 [α/Fe]를 가진 별이 대기에서 차지하는 기여도를 평가하여, 덜 질량이 큰 위성의 순환 여부를 밝혀내기 위해.
• 관측된 운동 및 광학적 부조화를 기반으로 가스 제거 및 대기 이격 현상과 같은 천체역학적 과정을 연결하기 위해.

제안 방법

• NGC 3311의 약 3 arcmin² 영역에서 VLT/FORS2를 사용하여 다중섬유 분광법을 수행하며 MXU 마스킹 모드를 적용하였다.
• 4800–5800 Å 범위 내에서 일곱 개의 Lick/IDS 흠집의 등가폭을 측정하였다.
• 마르코프 체인 몬테카를로(MCMC)를 사용한 베이지안 프레임워크를 활용하여 빛의 가중 평균 별 집단 매개변수인 연령, [Z/H], [α/Fe], [Fe/H]를 유도하였다.
• 단일 별 집단(SSF) 템플릿을 사용하여 관측된 지표를 모델링하여 별 집단 특성을 유추하였다.
• 은하를 세 가지 물리적 구성 요소로 나누었다: 내부 은하(R ≤ Re), 대칭 외부 대기, 중심에서 벗어난 외곽.
• 집단 매개변수의 반경 기울기와 산란을 분석하여 형성 메커니즘을 추론하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 효과적 반경을 초월하여 NGC 3311에서 별 집단 매개변수(연령, 금속 농도, [α/Fe])의 반경 변화는 어떻게 되는가?
• RQ2 집단 매개변수의 기울기와 산란은 대기에서의 현지 형성과 순환을 어떻게 구별하는가?
• RQ3 NGC 3311의 중심에서 벗어난 외곽의 기원은 무엇이며, 그 지역의 별 집단과의 관련성은 무엇인가?
• RQ4 대기에서 낮은 [α/Fe]를 가진 별이 덜 질량이 큰 은하의 순환을 얼마나 잘 반영하는가?
• RQ5 어둠센 허브와의 tidal 상호작용은 어떻게 확장된 대기 형성과 기체 및 별 제거를 유도하는가?

주요 결과

• 내부 은하(R ≤ Re = 8.4 kpc)는 약 14 Gyr의 나이를 가지며, 금속 농도가 높고, 금속 농도는 음의 기울기, [α/Fe]는 양의 기울기를 보이며, 초기 건조 합성에 의한 현지 형성과 일치한다.
• 외부 대기는 역시 옛날이지만 나이 기울기는 음이며, 금속 농도와 [α/Fe]의 산란이 크므로 다양한 질량의 위성으로부터 유입된 별이 있음을 시사한다.
• 대칭 외부 대기는 [α/Fe]가 이중 피크를 보이며 약 0.4와 0.0에 각각 최고점을 이룬다. 이는 급속한 별 형성과 저질량 순환의 혼합을 나타낸다.
• 대칭 외부 대기의 약 40%가 낮은 [α/Fe]를 가지며, 이는 덜 질량이 큰 저금속 농도 위성의 기여가 상당히 크다는 것을 확인한다.
• 중심에서 벗어난 외곽은 소은하 군집의 유입과 관련되어 있으며, 더 높은 금속 농도를 가지며, 그룹의 어둠센 허브 또는 NGC 3309의 어둠센 허브와의 tidal 상호작용에 의해 형성된 것으로 보인다.
• 어둠센 허브 간의 tidal 상호작용이 cD 은하의 별 핵심과 어둠센 허브 사이의 이격을 유도했으며, 이는 NGC 3311에서 관측된 X선 기체 제거 현상과 관련이 있을 수 있다.