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

Nicola Pastorello, Duncan A. Forbes+10 more|arXiv (Cornell University)|May 18, 2015

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 1

一句话总结

本研究结合12个早型星系中恒星与球状星团的凯克/DEIMOS光谱观测，测量了半径超过10 Re 的金属度梯度。研究发现，富含金属和贫金属的球状星团亚群具有相似的梯度，挑战了标准模型中将贫金属星团归因于外源吸积、富金属星团归因于原位形成的假设，并揭示了低质量星系中金属度梯度更陡峭，暗示小质量并合在它们形成历史中扮演了更重要的角色。

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.

研究动机与目标

• 探测早型星系（ETGs）外晕区域（>10 Re）的金属度梯度，其中编码了吸积历史信息。
• 测量这些外晕区域中恒星与球状星团（GC）成分的金属度梯度。
• 通过将观测到的金属度梯度与理论预测进行比较，检验双相星系形成模型。
• 探究球状星团系统中双峰颜色/金属度分布的起源。
• 探索星系质量、吸积历史与外晕中金属度梯度之间的关联。

提出的方法

• 利用凯克/DEIMOS对12个早型星系进行高分辨率光谱观测，覆盖半径 >10 Re 的区域。
• 通过吸收线深度测量恒星族群与球状星团系统的金属度（[Z/H]）。
• 计算富金属（红色）与贫金属（蓝色）球状星团亚群的径向金属度梯度。
• 将观测到的球状星团金属度梯度与Hirschmann等人（2015）针对相似半径与星系质量的模拟恒星金属度梯度进行比较。
• 将星系划分为高、低质量组，以分析金属度梯度的质量依赖性趋势。
• 利用模拟中的质量加权并合比率与外源恒星分数，解释观测到的梯度。

实验结果

研究问题

• RQ1 在早型星系中，富含金属与贫金属的球状星团亚群在外晕区域是否表现出不同的金属度梯度？
• RQ2 早型星系外区恒星与球状星团的金属度梯度如何随星系质量变化？
• RQ3 外晕中观测到的金属度梯度在多大程度上支持或与双相星系形成模型相矛盾？
• RQ4 观测到的红、蓝球状星团亚群之间金属度梯度的相似性是否与共同形成过程一致？
• RQ5 在大质量与低质量早型星系中，大质量并合与小质量并合在塑造外区金属度梯度方面分别扮演何种角色？

主要发现

• 在同一家星系中，富含金属（红色）与贫金属（蓝色）球状星团亚群表现出相似的金属度梯度：在低质量星系中，分别为 −0.45 ± 0.13 dex/dex 与 −0.26 ± 0.08 dex/dex。
• 在高质量星系中，两个亚群均表现出平缓的梯度：红色为 −0.07 ± 0.08 dex/dex，蓝色为 −0.08 ± 0.09 dex/dex，表明原位与外源成分的动力学混合。
• 低质量星系中更陡的金属度梯度在定性上与以小质量并合为主导的模拟结果一致，而高质量星系中更平缓的梯度则与大质量并合主导的形成过程相符。
• 高质量星系中观测到的球状星团金属度梯度与Hirschmann等人（2015）模拟中高外源恒星分数（来自大质量并合）的星系一致；而低质量星系的梯度则与外源分数较低、小质量并合占主导的模拟结果一致。
• 在1 Re处，恒星与富含金属的球状星团之间金属度差异随星系质量变化，但该偏移的起源尚不明确。
• 红、蓝球状星团亚群之间梯度的相似性挑战了标准模型中将蓝星团归因于外源吸积、红星团归因于原位形成的假设，表明可能存在共同形成过程或不同形成时期，而非截然不同的起源。