[论文解读] Accreted Metallicity-Stellar Mass Relationship

Richard D’Souza, Eric F. Bell|arXiv (Cornell University)|May 23, 2017

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 2

一句话总结

本文利用Illustris宇宙学模拟，表明星系吸积恒星晕的金属丰度与其总吸积恒星质量之间存在强烈相关性，这一相关性主要由一个主导的单个大质量前体星系驱动，该星系同时主导了质量和金属丰度。在固定质量下金属丰度的弥散揭示了主导前体星系的质量，而径向梯度则编码了吸积时间，使得可通过侧向星系的极轴孔径测量重建并合历史。

ABSTRACT

There is increasing observational and theoretical evidence for a correlation between the metallicity and the mass of the stellar halo for galaxies with Milky Way-like stellar masses. Using the Illustris cosmological hydrodynamical simulations, we find that this relationship arises because a single massive massive progenitor contributes the bulk of the mass to the accreted stellar component as well as sets its metallicity. Moreover, in the Illustris simulations, this relationship extends over 3 orders of magnitude in accreted stellar mass for central galaxies. We show that for Milky Way-like mass galaxies, the scatter in accreted metallicity at a fixed accreted stellar mass encodes information about the stellar mass of the dominant accreted progenitor, while the radial density and metallicity gradients of the accreted stellar component encodes information about the time of accretion of the dominant progenitor. We demonstrate that for Milky Way-like mass galaxies, the Illustris simulations predict that the metallicity and the stellar mass of the total accreted stellar component can be reconstructed from aperture measurements of the stellar halo along the minor axis of edge-on disk galaxies. These correlations highlight the potential for observational studies of stellar halos to quantify our understanding of the most dominant events in the growth history of galaxies. We explore the implications of our model for our understanding of the accretion histories of the Milky Way, M31 and NGC 5128. In particular, a relatively late and massive accretion is favoured for M31; additionally, we provide a first estimate of the accreted stellar mass for NGC 5128.

研究动机与目标

• 理解银河系类星系中观测到的吸积恒星晕金属丰度与总吸积恒星质量之间相关性的起源。
• 确定主导吸积前体星系（其质量与吸积时间）的性质如何编码于恒星晕的结构与化学梯度中。
• 评估侧向星系极轴方向的孔径测量是否可重建总吸积恒星质量与金属丰度。
• 将该模型应用于推断银河系、M31与NGC 5128的吸积历史。

提出的方法

• 利用Illustris宇宙学流体动力学模拟套件，模拟银河系类星系的形成与组装过程。
• 通过粒子追踪识别吸积恒星组分，以分离源自外部前体星系的恒星。
• 分析吸积恒星晕的径向密度与金属丰度分布，以提取关于吸积时间与前体星系质量的信息。
• 计算在固定吸积恒星质量下金属丰度的弥散，以推断主导前体星系的恒星质量。
• 通过侧向星系极轴方向的孔径测量进行合成观测建模，以检验总吸积恒星质量与金属丰度的可重建性。
• 基于观测晕特性，将推导出的关系应用于推断银河系、M31与NGC 5128的吸积历史。

实验结果

研究问题

• RQ1 驱动银河系类星系中吸积恒星晕金属丰度与总吸积恒星质量之间观测相关性的物理机制是什么？
• RQ2 在固定吸积恒星质量下，金属丰度的弥散如何与主导吸积前体星系的质量相关？
• RQ3 吸积晕中金属丰度与密度的径向梯度在多大程度上编码了主导前体星系的吸积 epoch 信息？
• RQ4 能否从侧向星系的极轴孔径测量中可靠地重建总吸积恒星质量与金属丰度？
• RQ5 所推导的关系对银河系、M31与NGC 5128的吸积历史有何启示？

主要发现

• 吸积恒星晕中金属丰度-恒星质量关系主要源于一个主导的单个大质量前体星系，该星系同时主导了晕的质量与金属丰度。
• 在固定吸积恒星质量下，金属丰度的弥散是主导吸积前体星系恒星质量的直接示踪。
• 吸积晕中金属丰度与密度的径向梯度编码了主导前体星系吸积 epoch 的信息。
• 对于银河系类星系，总吸积恒星质量与金属丰度可从侧向系统的极轴孔径测量中重建。
• 该模型支持M31经历了一次相对较晚且质量较大的吸积事件，与其中观测到的晕特性一致。
• 本研究首次基于推断的晕金属丰度与质量关系，对NGC 5128的吸积恒星质量提供了估算。