[論文レビュー] Brought to Light III: Colors of Disk and Clump Substructures in Dwarf Early-Type Galaxies of the Fornax Cluster

Josefina Michea, A. Pasquali+4 more|arXiv (Cornell University)|May 12, 2022

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 88被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、フォルナックス銀河団に属する23個の矮小早期型銀河（dETGs）のサブ構造を、FDS（フォルナックス・ディープ・サーベイ）によるgバンドおよびrバンドの深宇宙画像を用いて分析した。洗練された残差法を適用してディスク型およびクラップ型特徴を分離した結果、2つの有効半径内での全光度に占めるサブ構造の寄与は、gバンドで8.7%、rバンドで5.3%であった。クラップ型構造は常にその母銀河よりも青色であり、ディスク型構造は色関係が混合的であった。これは、dETGs内に多様な星の集団が存在することを強く示唆する。

ABSTRACT

It has been well established that dwarf early-type galaxies (ETGs) can often exhibit a complex morphology, whereby faint spiral arms, bars, edge-on disks or clumps are embedded in their main, brighter diffuse body. In our first paper (Brought to Light I: Michea et al. 2021), we developed a new method for robustly identifying and extracting substructures in deep imaging data of dwarf ETGs in the Virgo galaxy cluster. Here we apply our method to a sample of 23 dwarf ETGs in the Fornax galaxy cluster, out of which 9 have disk-like and 14 have clump-like substructures. According to Fornax Deep Survey (FDS) data, our sample constitutes $12\%$ of all dwarf ETGs in Fornax brighter than $ ext{M}_{r}=-13$ mag, and contains all cases that unequivocally exhibit substructure features. We use $g$ and $r$-band FDS images to measure the relative contribution of the substructures to the total galaxy light and to estimate their $g-r$ colors. We find that substructures typically contribute $8.7\%$ and $5.3\%$ of the total galaxy light in the $g$ and $r$ bands, respectively, within two effective radii. Disk substructures are usually found in dwarf ETGs with redder global colors, and they can be either as red as or bluer than their galaxy's diffuse component. In contrast, clump substructures are found in comparatively bluer dwarf ETGs, and they are always bluer than their galaxy's diffuse component. These results provide further evidence that dwarf ETGs can hide diverse complex substructures, with stellar populations that can greatly differ from those of the dominant diffuse light in which they are embedded.

研究の動機と目的

• フォルナックス銀河団に属する矮小早期型銀河（dETGs）内に存在する微弱なサブ構造（ディスク型およびクラップ型）を特定・定量すること。
• gバンドおよびrバンドにおけるこれらのサブ構造が全銀河光度に寄与する割合を測定すること。
• 星の集団の違いを推定するために、拡散的母成分およびサブ構造成分のg−r色を測定すること。
• サブ構造の形態的特徴および色が、銀河団環境下におけるdETGsの形成および進化経路に与える意味を調査すること。
• フォルナックスdETGsにおけるサブ構造の出現頻度および性質を、以前に調査されたバーヴォ銀河団のものと比較すること。

提案手法

• gバンドおよびrバンドのFDS画像に洗練された「残差法」を適用し、支配的である拡散的光成分からサブ構造を分離した。
• gバンドおよびrバンドの銀河カットアウトをPSFに合わせた合成画像として作成し、画像品質および光度校正の一貫性を確保した。
• らせん腕、棒構造、クラップなどの低表面輝度特徴を強調するために、アンシャープマスク画像を生成した。
• 有効半径（Re）の1倍および2倍の範囲内で、残差の中央値輝度を用いてサブ構造の光度割合を定義した。
• 拡散的成分およびサブ構造成分の両方について、統合されたg−r色および半径方向の色プロファイルを計算した。
• 色の比較に基づく基本的な星の集団解析を実施し、青色の色は若い星の集団を示すと仮定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フォルナックスdETGsにおける全銀河光のうち、ディスク型およびクラップ型サブ構造が占める割合はどの程度か？
• RQ2 dETGsにおけるサブ構造のg−r色は、拡散的母成分と比べてどのように異なるか？
• RQ3 ディスク型特徴とクラップ型特徴を有するdETGsの間で、サブ構造の色および光度に系統的な違いがあるか？
• RQ4 サブ構造の色および空間的分布は、フォルナックス銀河団におけるdETGsの形成および進化歴にどのような意味を持つのか？
• RQ5 フォルナックスdETGsにおけるサブ構造の出現頻度は、バーヴォ銀河団と比べてどう異なるのか？その差異を説明できる要因はあるか？

主な発見

• 2つの有効半径内での全銀河光に占めるサブ構造の寄与は、gバンドで中央値8.7%、rバンドで5.3%であった。
• ディスク型サブ構造は通常、全般的に赤いg−r色を持つdETGsに存在し、母成分よりも赤いまたは青い色を示すことがある。
• クラップ型サブ構造は常にその母dETGの拡散的成分よりも青色であり、母銀河の全般的な色が青いdETGsに存在する。
• 検出可能なサブ構造を有するフォルナックスdETGsの割合は、最も明るい銀河（Mr ≈ −17 mag）では最大80%に達するが、明るさが低い端（Mr ≈ −14 mag）では5%に減少する。
• 拡散的成分の中央値g−r色は、主に中〜高齢の星（3 Gyr以上）を示唆しているが、サブ構造は著しく若い星の集団（≤1–2 Gyr）を示唆しているが、混入の影響により年齢推定値が上方にバイアスされる可能性がある。
• クラップ型とディスク型dETGsの間の形態的および色的差異は、別個の進化経路を示しており、クラップ型系は環境駆動の消滅を経験している可能性があり、ディスク型系は最近の吸収または再生された薄いディスクを有している可能性がある。