[논문 리뷰] VLT Spectroscopy of Globular Cluster Systems, I. The Photometric and Spectroscopic Dataset

Thomas H. Puzia, M. Kissler‐Patig외 7명|ArXiv.org|2005. 05. 20.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 85인용 수 51

한 줄 요약

이 논문은 VLT/FORS2 및 ISAAC 기구를 사용하여 일곱 개인형은하의 구형성단에 대해 고품질의 광도 및 스펙트로스코피 데이터를 제시한다. 약 30%의 연령 해상도와 0.25–0.4 디엑스의 금속성 해상도를 달성하여, NGC 1380, 3115, 3585에서 이중색 분포가 드러나고, 나머지 은하는 단일색 분포를 보이며, 동역학적 질량은 최대 1.2×10¹² M☉까지 유도된다.

ABSTRACT

We present Lick line-index measurements of extragalactic globular clusters in seven early-type galaxies (NGC 1380, 2434, 3115, 3379, 3585, 5846, and 7192) with different morphological types (E-S0) located in field and group/cluster environments. High-quality spectra were taken with the FORS2 instrument at ESO's Very Large Telescope. About 50% of our data allow an age resolution dt/t ~ 0.3 and a metallicity resolution ~0.25-0.4 dex, depending on the absolute metallicity. Globular cluster candidates are selected from deep B, V, R, I, K FORS2/ISAAC photometry with 80-100% success rate inside one effective radius. Using combined optical/near-infrared colour-colour diagrams we present a method to efficiently reduce fore-/background contamination down to <10%. We find clear signs for bi-modality in the globular cluster colour distributions of NGC 1380, 3115, and 3585. The colour distributions of globular clusters in NGC 2434, 3379, 5846, and 7192 are consistent with a broad single-peak distribution. For the analysed globular cluster systems the slopes of projected radial surface density profiles, of the form Sigma(R) ~ R^-Gamma, vary between ~0.8 and 2.6. Using globular clusters as a tracer population we determine total dynamical masses of host galaxies out to large radii (~1.6 - 4.8 Reff). For the sample we find masses in the range ~8.8*10^10 Msolar up to ~1.2*10^12 Msolar. The line index data presented here will be used in accompanying papers of this series to derive ages, metallicities and abundance ratios. A compilation of currently available high-quality Lick index measurements for globular clusters in elliptical, lenticular, and late-type galaxies is provided and will serve to augment the current data set. [abridged]

연구 동기 및 목표

• 광도 연구에서의 연령-금속성 혼동 문제를 해결하기 위해, 인형은하의 은하간 구형성단에 대해 고정밀 Lick 선인덱스 측정과 광도를 확보한다.
• 고품질 스펙트로스코피 데이터를 이용해 연령, 금속성, 원소 비율을 유도함으로써 구형성단 시스템의 형성 및 진화를 평가한다.
• 다중 대역 광학/근적외선 색-색도를 사용하여 전경/배경 항성의 오염을 줄인다.
• 구형성단 시스템의 반경 분포 및 동역학적 질량 프로파일을 약 ∼4.8 R_eff까지 결정한다.
• 향후 연구를 지원하기 위해, 인형은하 및 만성은하의 구형성단에 대한 Lick 인덱스의 공개 가능하고 고정밀 데이터셋을 편람한다.

제안 방법

• VLT의 FORS2 기구를 사용하여 일곱 개인형은하의 구형성단 후보에 대해 고신호대비, 고해상도 스펙트럼을 확보한다.
• 스펙트럼에서 Lick 시스템 흡수선 인덱스(예: Hβ, Mg_b, Fe5270)를 측정하며, 오차가 약 ∼0.1 Å로, 높은 해상도의 연령 및 금속성 결정이 가능하다.
• FORS2 및 ISAAC로부터 확보한 깊은 B, V, R, I, K-대역 광도를 조합하여 광학/근적외선 색-색도를 구성하여 오염 제거를 위해 사용한다.
• 색-색도 기법을 적용하여, 한 효과반경 내에서 전경/배경 오염을 10% 이하로 줄였다.
• 구형성단 분포의 경향을 Σ(R) ∼ R⁻ᵞ로 근사하여 분포 기울기 Γ를 유도한다.
• 구형성단 운동학을 이용하여 표준 동역학 질량 추정 기법을 사용해, 약 ∼1.6–4.8 R_eff까지 주은하의 총 동역학적 질량을 추정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 인형은하의 구형성단에 대한 연령 및 금속성 분포는 어떠한가? 고정밀 스펙트로스코피는 연령-금속성 혼동 문제를 해결할 수 있는가?
• RQ2 인형은하의 구형성단 시스템은 이중색 분포를 보이며, 만약 그렇다면 어떤 은하에서 이러한 특징을 보이는가?
• RQ3 이중색 시스템과 단일색 시스템에서, 파랑 및 빨간 구형성단 하위집단의 반경 표면 밀도 프로파일은 어떻게 비교되는가?
• RQ4 구형성단은 시각적 효과반경을 초월하여 주은하의 총 동역학적 질량을 어느 정도 추적할 수 있는가?
• RQ5 광학/근적외선 색-색도의 사용은 비구형성단 기원의 오염을 어느 정도 효과적으로 줄일 수 있는가?

주요 결과

• 데이터셋은 Δt/t ≈ 0.3의 연령 해상도와 0.25–0.4 디엑스의 금속성 해상도를 확보하여, 세밀한 은하계 별집단 분석이 가능하다.
• 명확한 이중색 분포는 NGC 1380, NGC 3115, NGC 3585에서 관측되어, 별도의 파랑 및 빨간 구형성단 하위집단이 있음을 시사한다.
• 은하 NGC 2434, 3379, 5846, 7192는 단일색 분포를 보이며, 넓은 피크 하나로 일관된다.
• 구형성단의 반경 표면 밀도 프로파일은 기울기 Γ가 약 ∼0.8에서 2.6까지 다양하며, 이중색 시스템에서 파랑 및 빨간 하위집단이 유사한 기울기를 보인다.
• 단일색 시스템에서는 파랑 성단 집단이 빨간 집단보다 더 넓게 퍼져 있어, 다른 형성 또는 천체역학적 역사가 있을 가능성이 있다.
• 구형성단 운동학을 기반으로 주은하의 동역학적 질량이 유도되었으며, 약 ∼4.8 R_eff까지 범위는 8.8×10¹⁰ M☉에서 1.2×10¹² M☉까지 다양하다.