[논문 리뷰] The ultra-diffuse galaxy NGC 1052-DF2 with MUSE: II. The population of DF2: stars, clusters and planetary nebulae

Jérémy Fensch, R. F. J. van der Burg외 14명|arXiv (Cornell University)|2018. 12. 18.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 95인용 수 20

한 줄 요약

이 연구는 MUSE/VLT 데이터를 사용하여 초가벼운 은하 NGC 1052-DF2의 항성 집단과 구형별개구리(가운데)를 동시에 분석한 최초의 분광학적 분석을 제시한다. 이는 오래된, 금속 농도가 낮은 항성 구조([M/H] = −1.07 ± 0.12)와 유사하게 오래되고 더 금속 농도가 낮은 구형별개구리([M/H] = −1.63 ± 0.09)를 발견하였으며, 이는 난쟁이 은하 척도 관계와 일치한다. 또한, 세 개의 행 星상성운을 발견하여 거리가 13–20 Mpc임을 지지하고, 원래의 암흑물질 부족 해석에 도전한다.

ABSTRACT

NGC 1052-DF2, an ultra diffuse galaxy (UDG), has been the subject of intense debate. Its alleged absence of dark matter, and the brightness and number excess of its globular clusters (GCs) at an initially assumed distance of 20Mpc, suggested a new formation channel for UDGs. We present the first systematic spectroscopic analysis of both the stellar body and the GCs (six of which were previously known, and one newly confirmed member) of this galaxy using MUSE@VLT. Even though NGC 1052-DF2 does not show any spatially extended emission lines we report the discovery of three planetary nebulae (PNe). We conduct full spectral fitting on the UDG and the stacked spectra of all GCs. The UDG's stellar population is old, 8.9$\pm$1.5 Gyr, metal-poor, with [M/H] = $-$1.07$\pm$0.12 with little or no $α$-enrichment. The stacked spectrum of all GCs indicates a similar age of 8.9$\pm$1.8 Gyr, but lower metallicity, with [M/H] = $-$1.63$\pm$0.09, and similarly low $α$-enrichment. There is no evidence for a variation of age and metallicity in the GC population with the available spectra. The significantly more metal-rich stellar body with respect to its associated GCs, the age of the population, its metallicity and alpha enrichment, are all in line with other dwarf galaxies. NGC 1052-DF2 thus falls on the same empirical mass-metallicity relation as other dwarfs, for the full distance range assumed in the literature. We find that both debated distance estimates (13 and 20 Mpc) are similarly likely, given the three discovered PNe.

연구 동기 및 목표

• NGC 1052-DF2의 암흑물질 함량에 대한 논란을 해결하기 위해 항성 및 구형별개구리 집단에 대한 종합적인 분광학적 분석을 수행한다.
• 고해상도 MUSE 데이터를 사용하여 은하의 항성 구조와 구형별개구리의 연령, 금속 농도 및 알파 원소 농도 증가 정도를 결정한다.
• 은하의 거리와 난쟁이 은하에 대한 경험적 질량-금속 농도 관계와의 일관성을 평가한다.
• 항성 집단과 기체운 데이터를 이용하여 갈림길 난쟁이 은하 및 기타 형성 가설을 시험하여 DF2의 기원을 조사한다.
• 행 星상성운의 빛의 세기와 수를 거리 지표로 사용하여 초가벼운 은하(Ultra-Diffuse Galaxy, UDG)에서 처음으로 행 星상성운을 탐지하고 특성화한다.

제안 방법

• pPXF 피팅 루틴과 eMILES 항성 라이브러리를 사용하여 NGC 1052-DF2의 항성 구조의 통합 빛에 대한 스펙트럼 피팅을 수행한다.
• 인구 합성 모델링을 위한 신호 대 잡음 비율 향상을 위해 개별 구형별개구리 스펙트럼을 통합한다.
• 스택된 GC 스펙트럼에서 Lick 지표를 측정하여 연령 및 금속 농도 추정치의 상호 검증을 수행한다.
• 좁대역 필터와 공간-스펙트럼 분석을 사용하여 MUSE 데이터 큐브에서 발광선 탐지를 통해 행 星상성운을 식별한다.
• 기존의 빛의 세기-금속 농도 관계와 행 星상성운 빛의 세기 함수를 기반으로 탐지된 행 星상성운의 수를 바탕으로 거리 추정을 수행한다.
• 난쟁이 은하에 대한 경험적 질량-금속 농도 관계와 비교하여 은하의 항성 질량과 금속 농도가 표준 형성 모델과 얼마나 일치하는지 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC 1052-DF2의 항성 집단은 일반적인 난쟁이 은하와 일치하는가, 아니면 극도로 금속 농도가 낮거나 이례적인 형성의 징후를 보이는가?
• RQ2 DF2의 구형별개구리 집단의 연령과 금속 농도는 무엇이며, 이는 현장 항성 집단과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 탐지된 행 星상성운의 수는 DF2의 거리를 제약할 수 있는가, 그리고 이는 13 Mpc와 20 Mpc 추정과 일치하는가?
• RQ4 관측된 항성 집단의 금속 농도 및 연령 분포는 DF2가 갈림길 난쟁이 은하 기원을 가졌음을 지지하는가?
• RQ5 MUSE 데이터에서 확장된 발광선이 없는 것은 상당한 이온화 기체의 부재와 일치하는가, 그리고 이는 은하의 진화 상태에 대해 어떤 함의를 갖는가?

주요 결과

• NGC 1052-DF2의 항성 집단은 평균 연령 8.9 ± 1.5 Gyr의 오래된 것으로 나타났으며, 금속 농도가 낮고 [M/H] = −1.07 ± 0.12로, α 증가 정도는 거의 없었다.
• 스택된 구형별개구리 스펙트럼은 유사한 연령 8.9 ± 1.8 Gyr를 나타내지만, 금속 농도가 유의미하게 낮은 [M/H] = −1.63 ± 0.09로 나타났으며, GC 시스템 내 연령 또는 금속 농도 분포의 증거는 없었다.
• 은하의 항성 질량과 금속 농도는 난쟁이 은하에 관찰된 경험적 질량-금속 농도 관계 위에 명확히 위치해 있으며, 암흑물질 부족 시스템에 대한 기대와 정면으로 배치된다.
• 세 개의 행 星상성운이 발견된 것은 유사한 빛의 세기와 금속 농도를 가진 은하에서 기대되는 수와 일치하며, 거리 범위 13–20 Mpc를 지지한다.
• 저항성 α 농도와 금속 농도를 포함한 관측된 인구 특성은 사전에 오염된 기체에 의한 형성 시나리오를 지지하며, 갈림길 기원 가능성은 있지만 표준 난쟁이 은하 진화에 의해 배제되지 않는다.
• 데이터는 암흑물질 부족 가정 하에 질량-금속 농도 관계와 DF2의 금속 농도를 조율하기 위한 주요 항성 질량 손실이나 탈퇴 메커니즘을 지지하지 않는다.