[논문 리뷰] The SLUGGS survey: Combining stellar and globular cluster metallicities in the outer regions of early-type galaxies

Nicola Pastorello, Duncan A. Forbes외 10명|arXiv (Cornell University)|2015. 05. 18.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 12개의 초기형은하에서 별과 구형별집단의 Keck/DEIMOS 스펙트로스코피를 조합하여 10 Re 이상의 영역에서 금속성 경향을 측정한다. 금속성 높고 낮은 구형별집단 하위집단이 유사한 기울기를 보이며, 표준 모델이 금속성 낮은 별집단을 외부에서 유입된 것으로 보고 금속성 높은 것은 내부 형성으로 보는 것과 도전하며, 저질량 은하에서 더 급격한 금속성 기울기가 관측되어 소규모 분열의 영향이 더 강하다는 것을 시사한다.

ABSTRACT

The outer halo regions of early-type galaxies carry key information about their past accretion history. However, spectroscopically probing the stellar component at such galactocentric radii is still challenging. Using Keck/DEIMOS, we have been able to measure the metallicities of the stellar and globular cluster components in 12 early-type galaxies out to more than $10~ m{R_{e}}$. We find similar metallicity gradients for the metal-poor and metal-rich globular cluster subpopulations, suggesting a common formation process for the two subpopulations. This is in conflict with most current theoretical predictions, where the metal-poor globular clusters are thought to be purely accreted and metal-rich globular clusters mostly formed in-situ. Moreover, we find that the globular cluster metallicity gradients show a trend with galaxy mass, being steeper in lower-mass galaxies than in higher-mass galaxies. This is similar to what we find for the outermost galaxy stars and suggests a more active accretion history, with a larger role played by major mergers, in the most massive galaxies. This conclusion is qualitatively consistent with expectations from two-phase galaxy assembly models. Finally, we find that the small difference in metallicity between galaxy stars and metal-rich globular clusters at $1~ m{R_{e}}$ may correlate with galaxy mass. The origin of this difference is not currently clear.

연구 동기 및 목표

• 외부 허브 영역(10 Re 이상)에서 은하의 유입 역사를 담고 있는 초기형은하의 외부 허브 영역을 탐색한다.
• 이러한 외부 영역에서 별과 구형별집단(GC) 성분의 금속성 기울기를 측정한다.
• 관측된 금속성 기울기를 이론적 예측과 비교하여 이중단계 은하 형성 모델을 시험한다.
• 구형별집단계의 이중색/금속성 분포의 기원을 탐구한다.
• 은하 질량, 유입 역사, 외부 허브의 금속성 기울기 간의 연관성을 탐색한다.

제안 방법

• 12개의 초기형은하에 대해 10 Re 이상의 반경까지 고해상도 스펙트로스코피를 Keck/DEIMOS를 사용하여 확보했다.
• 흡수선 강도를 이용하여 별 집단과 구형별집단계의 금속성([Z/H])을 측정했다.
• 금속성 높은(빨간색) 및 금속성 낮은(파란색) 구형별집단 하위집단의 반경 기울기(기울기)를 계산했다.
• 유사한 반경과 은하 질량에서 Hirschmann 등(2015)의 시뮬레이션에서 유도된 별 금속성 기울기와 관측된 GC 금속성 기울기를 비교했다.
• 은하를 고질량 및 저질량 그룹으로 나누어 금속성 기울기의 질량 의존적 경향을 분석했다.
• 관측된 기울기를 해석하기 위해 시뮬레이션에서의 질량 가중 평균 분열 비율과 외부 기원 성간 별 비율을 사용했다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 초기형은하의 금속성 높고 낮은 구형별집단 하위집단이 외부 허브 영역에서 서로 다른 금속성 기울기를 보이는가?
• RQ2 초기형은하의 외부 영역에서 별과 구형별집단의 금속성 기울기는 은하 질량과 어떻게 관련이 있는가?
• RQ3 외부 허브에서 관측된 금속성 기울기가 이중단계 은하 형성 모델을 지지하거나 반박하는가?
• RQ4 빨간색과 파란색 구형별집단 하위집단 간의 금속성 기울기 유사성은 공통된 형성 과정을 뒷받침하는가?
• RQ5 주요 분열과 소규모 분열은 고질량과 저질량 초기형은하의 외부 영역에서 금속성 기울기를 어떻게 형성하는가?

주요 결과

• 저질량 그룹에서 같은 은하의 금속성 높은(빨간색) 및 금속성 낮은(파란색) 구형별집단 하위집단이 유사한 금속성 기울기를 보인다: 각각 −0.45 ± 0.13 dex/dex 및 −0.26 ± 0.08 dex/dex.
• 고질량 그룹에서는 두 하위집단 모두 얕은 기울기를 보인다: 빨간색은 −0.07 ± 0.08 dex/dex, 파란색은 −0.08 ± 0.09 dex/dex로, 내부 및 외부 기원 성분의 천체역학적 혼합을 시사한다.
• 저질량 은하에서 더 급격한 금속성 기울기는 소규모 분열이 주요인인 시뮬레이션과 정성적으로 일치하며, 고질량 은하의 얕은 기울기는 주요 분열이 주도하는 형성과 일치한다.
• 고질량 은하에서 관측된 GC 금속성 기울기는 주요 분열로 인한 높은 외부 기원 별 비율을 가진 시뮬레이션과 일치하지만, 저질량 은하의 기울기는 낮은 외부 기원 비율과 소규모 분열 우세 시나리오와 일치한다.
• 1 Re에서 별과 금속성 높은 구형별집단 간의 작은 금속성 차이가 은하 질량과 관련이 있지만, 이 오프셋의 기원은 아직 명확하지 않다.
• 빨간색과 파란색 GC 하위집단 간의 기울기 유사성은 표준 모델(파란색 집단은 외부 유입, 빨간색 집단은 내부 형성)을 도전하며, 이는 공통된 형성 과정 또는 별도의 형성 시기일 가능성을 시사한다.