[论文解读] The Hydra I cluster core. I. Stellar populations in the cD galaxy NGC 3311

C. E. Barbosa, M. Arnaboldi+4 more|arXiv (Cornell University)|Mar 7, 2016

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 76被引用 15

一句话总结

本研究利用VLT/FORS2光谱仪对cD星系NGC 3311在3倍有效半径范围内的恒星族进行分析，揭示了两个不同的径向区域：一个由早期干并合原位形成、年龄古老且金属丰度高的内区，以及一个动力学更剧烈、金属丰度高的外部晕，其形态由矮星系持续吸积形成。偏移的包层表明来自一个正在落入的星系群的潮汐剥离，表明星系晕的生长仍通过晚期质量吸积和暗晕相互作用持续进行。

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.

研究动机与目标

• 表征NGC 3311在3倍有效半径范围内的空间延展恒星族参数。
• 通过区分原位形成与吸积恒星组分，确定cD星系的形成历史。
• 研究与暗晕的潮汐相互作用在塑造延伸晕和偏移包层中的作用。
• 评估低-[α/Fe]恒星对晕的贡献，以指示更小质量卫星的吸积。
• 将观测到的动力学与光度亚结构与气体剥离和晕偏移等动力学过程联系起来。

提出的方法

• 在NGC 3311的约3平方弧分区域内，使用VLT/FORS2的MXU遮罩模式获取多纤维光谱。
• 测量4800–5800 Å波段内七个Lick/IDS吸收特征的等效宽度。
• 采用贝叶斯框架结合马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）方法，推导出光度加权的恒星族参数：年龄、[Z/H]、[α/Fe]和[Fe/H]。
• 利用单星族（SSP）模板对观测指标进行建模，以推断恒星族特性。
• 将星系划分为三个物理组分：内区星系（R ≤ Re）、对称外部晕和偏移包层。
• 通过分析恒星族参数的径向梯度与离散度，推断形成机制。

实验结果

研究问题

• RQ1 在有效半径之外，NGC 3311的恒星族参数（年龄、金属丰度、[α/Fe]）如何随径向变化？
• RQ2 恒星族参数的梯度与离散度在区分晕区的原位形成与吸积过程方面有何区别？
• RQ3 NGC 3311中偏移包层的起源是什么？其与该区域恒星族有何关联？
• RQ4 晕中低-[α/Fe]恒星在多大程度上表明了更小质量星系的吸积？
• RQ5 与暗晕的潮汐相互作用在塑造延伸晕并导致气体和恒星剥离方面起什么作用？

主要发现

• 内区星系（R ≤ Re = 8.4 kpc）年龄约为14 Gyr，金属丰度高，金属丰度呈负梯度，[α/Fe]呈正梯度，与早期干并合原位形成一致。
• 外部晕同样古老，但表现出负年龄梯度以及金属丰度和[α/Fe]的较大离散度，表明来自多个质量各异卫星的恒星吸积。
• 对称外部晕的[α/Fe]分布呈双峰，峰值分别位于~0.4和~0，表明快速恒星形成与低质量吸积的混合。
• 对称晕中约40%的恒星具有低[α/Fe]，证实了来自更小质量、低金属丰度卫星的显著贡献。
• 与一个正在落入的矮星系群相关的偏移包层具有更高的金属丰度，可能由与该星系群或NGC 3309的暗晕发生潮汐相互作用所致。
• 提出暗晕之间的潮汐相互作用是导致cD星系恒星核心与暗晕发生偏移的原因，也可能解释NGC 3311中观测到的X射线气体剥离现象。