[논문 리뷰] The Stellar Content of the Halo of NGC 5907 from Deep HST NICMOS Imaging

Stephen E. Zepf, Michael C. Liu외 3명|2000. 01. 10.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 13

한 줄 요약

이 연구는 깊은 허블 우주망원경 NICMOS H-대역 영상으로 경사진 나설파라성 은하 NGC 5907의 할로우에 있는 별들을 해상도를 높여 분석하여, 기대되는 100개 이상의 후보 거대별과는 달리 단 하나의 거대별 후보만을 발견하였다. 이 결과는 표준보다 훨씬 더 급격한 별의 초기 질량 함수(α > 3) 또는 이전에 추정된 것보다 훨씬 낮은 금속성으로 인해 발생했을 가능성이 있으며, 이는 할로우 별의 구성에 대한 전통적 모델을 도전하고 있으며, 표준 가정이 유지될 경우 비표준 IMF 또는 거리일 가능성을 시사한다.

ABSTRACT

We present H-band images obtained with NICMOS of a field 75'' (5kpc) above the plane of the disk of the edge-on spiral galaxy NGC 5907. Ground-based observations have shown that NGC 5907 has a luminous halo with a shallow radial profile between 4 and 8 kpc that roughly traces the dark matter distribution of the galaxy deduced from its rotation curve. Our NICMOS observations were designed to resolve bright giants in the halo of NGC 5907 to constrain its stellar composition with the goal of understanding its nature and origin. More than 100 stars are expected in the NICMOS images if the dwarf-to-giant ratio in the halo of NGC 5907 is consistent with that expected from standard stellar initial mass functions, and if ground-based estimates of the distance to NGC 5907 and the integrated colors of its halo are correct. Instead we observe only one candidate giant star. This apparent discrepancy can be resolved by assuming either a significantly larger distance than suggested by several studies, or a halo metallicity much lower than suggested by ground-based colors and as low as metal-poor Galactic globular clusters. If previous distance and halo color estimates for NGC 5907 are correct, our NICMOS results suggest that its extended light is composed of stars that formed with an initial mass function different than that observed locally, leading to a much higher ratio of dwarfs to giants. We describe how these three possible explanations for the absence of bright giants in our NICMOS images of the halo of NGC 5907 might be constrained by future observations.

연구 동기 및 목표

• 깊은 적외선 영상 분석을 통해 NGC 5907의 할로우에 존재하는 별의 구성과 기원을 규명하기 위해 할로우의 별 구성 요소를 해상도 있게 분석한다.
• 확장된 할로우 빛이 표준 별의 초기 질량 함수(IMF)와 일반적인 금속성 추정치와 일치하는지 테스트한다.
• 기대되는 거대별 수와 관측된 수의 괴리에서 비롯된 비표준 IMF, 낮은 금속성, 또는 이전 추정보다 더 큰 거리일 가능성에 대해 평가한다.
• 할로우의 흐린 빛의 성질, 특히 적재된 시스템이나 천체역학적 과정으로부터 기인할 가능성 등을 고려하여 그 기원을 탐색한다.
• 미래의 허블 우주망원경 관측을 통해 서로 다른 설명(예: 거리, 금속성, IMF)을 구분할 수 있는 관측적 길을 규명한다.

제안 방법

• 허블 우주망원경의 NICMOS 장치를 사용하여 NGC 5907의 디스크 위 75'' 영역(5 kpc)에 대해 깊은 H-대역 영상을 확보하였다.
• 점원체 광도 측정을 수행하여 할로우 영역 내에서 해상도가 높은 별, 특히 밝은 거대별을 식별하고 수를 세었다.
• 지상 기반의 할로우 빛도, 거리(14 ± 2 Mpc), 표준 IMF(Salpeter, α = 2.35)를 바탕으로 예상되는 거대별의 수를 산정하였다.
• 표준 IMF와 태양 또는 낮은 금속성, 또는 α > 3인 수정된 IMF를 가정한 다양한 조건에서 관측된 별 수와 모델 예측을 비교하였다.
• 이소초로나 합성 모델을 사용하여 관측된 옵티컬(B-V, V-I) 및 근적외선 색상과의 일치성을 평가하였다.
• 미래의 관측 테스트 제안: WFPC2 영상으로 거대별 탐지, 은하 중심에 가까운 NICMOS 관측, 행 星형 성운 조사

실험 결과

연구 질문

• RQ1 왜 NGC 5907의 할로우에서 해상도가 높은 거대별의 수가 표준 별 인구 모델의 예측보다 훨씬 적은가?
• RQ2 지상 기반 색상에서 유추된 것보다 훨씬 낮은 금속성으로 이 괴리의 원인이 설명될 수 있는가?
• RQ3 관측된 할로우 빛은 표준 초기 질량 함수와 일치하는가, 아니면 훨씬 더 급격한 IMF(α > 3)가 필요한가?
• RQ4 거대별이 없는 것으로 보이는 것은 일반적으로 받아들여지는 14 ± 2 Mpc보다 더 큰 거리일 가능성이 있는가?
• RQ5 금속성, 거리, IMF 중에서 경쟁적인 설명을 구분할 수 있는 독립적인 관측은 무엇인가?

주요 결과

• 표준 가정 하에 예상되는 100개 이상의 거대별 후보가 있었음에도 불구하고, NICMOS 영역에서 단 하나의 거대별 후보만이 발견되었다.
• 태양 또는 태양에 가까운 금속성을 가진 표준 IMF는 데이터와 일치하지 않으며, 이는 훨씬 더 많은 탐지 가능한 거대별을 만들어내기 때문이다.
• 은하의 궤도별 클러스터 수준의 낮은 금속성 별 집단이지만 표준 IMF를 가진 경우, 관측된 옵티컬 색상과 일치하지 않으며, 측정된 값보다 3σ 이상 파란색이다.
• 표준 모델과 데이터를 조율하기 위해선 24 Mpc 이상의 거리가 필요하며, 이는 일반적으로 받아들여지는 14 ± 2 Mpc 추정치보다 5σ 높은 것이다.
• 모든 충돌 없이 유일하게 가능한 설명은 α > 3인 별의 초기 질량 함수이며, 이는 할로우 내에서 난쟁이별 대비 거대별 비율이 극적으로 증가했음을 시사한다.
• 이 결과는 할로우가 적재된 시스템, 조리개 구조, 디스크 가열 등으로 기인한다는 모델을 도전하며, 이러한 과정은 훨씬 더 많은 해상도가 높은 거대별을 만들어내야 한다.