[论文解读] Extragalactic Globular Clusters in the Near Infrared I: A comparison between M87 and NGC 4478

M. Kissler‐Patig, Jean P. Brodie+1 more|ArXiv.org|Jun 10, 2002

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 3被引用 29

一句话总结

本研究通过比较M87和NGC 4478中球状星团的近红外（Ks）与光学（V, I）测光，探究其金属丰度和形成历史。利用HST/WFPC2和Keck/NIRC的数据，研究证实NGC 4478仅包含蓝色、低金属丰度的球状星团，其颜色与银河系和M31晕族星团一致，表明其未形成金属丰度较高的星族。相比之下，M87拥有一个广泛而复杂的红色星族，其金属丰度分布范围显著（达~0.5 dex），并显示出中等年龄星团的证据，表明其形成历史复杂，涉及高红移和中等红移的多次并合或吸积事件。

ABSTRACT

We compare optical and near infrared colours of globular clusters in M87, the central giant elliptical in Virgo, and NGC 4478, an intermediate luminosity galaxy in Virgo, close in projection to M87. Combining V and I photometry obtained with the WFPC2 on HST and Ks photometry obtained with the NIRC on Keck 1, we find the broad range in colour and previously detected bi-modality in M87. We confirm that NGC 4478 only hosts a blue sub-population of globular clusters and now show that these clusters' V-I and V-K colours are very similar to those of the halo globular clusters in Milky Way and M31. Most likely, a metal-rich sub-population never formed around this galaxy (rather than having formed and been destroyed later), probably because its metal-rich gas was stripped during its passage through the centre of the Virgo cluster. The V-I, V-K colours are close to the predicted colours from SSP models for old populations. However, M87 hosts a few red clusters that are best explained by intermediate ages (a few Gyr). Generally, there is evidence that the red, metal-rich sub-population has a complex colour structure and is itself composed of clusters spanning a large metallicity and, potentially, age range. This contrasts with the blue, metal-poor population which appears very homogeneous in all galaxies observed so far.

研究动机与目标

• 通过比较M87和NGC 4478中球状星团的光学与近红外颜色，探究其金属丰度与形成历史。
• 确定M87中金属丰度较高的星族是否为均质的，或由具有不同金属丰度和年龄的多个子群组成。
• 探究NGC 4478为何缺乏金属丰度较高的球状星团星族，与M87的双峰系统形成对比。
• 评估宽带测光（V, I, Ks）在分离星系球状星团系统中金属丰度与年龄效应方面的可靠性。
• 检验M87红色星族中观测到的颜色弥散是否可仅由年龄变化或金属丰度弥散解释。

提出的方法

• 利用哈勃空间望远镜的WFPC2获取M87和NGC 4478的高精度V波段和I波段测光数据。
• 利用凯克望远镜/NIRC仪器获取Ks波段测光，将波长基线延伸至近红外波段，以提高金属丰度敏感度。
• 结合光学与近红外颜色（V-I, V-K）以探究球状星团系统的金属丰度与年龄结构。
• 使用星族合成（SPS）模型（如Maraston & Charlot）将观测颜色与单年龄老星族的预测值进行比较。
• 应用统计检验方法，评估M87红色星族中颜色分布与金属丰度弥散的显著性。
• 通过分析V-I与V-K颜色-颜色图并检验中等年龄星团候选体，评估年龄-金属度混淆的可能性。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何NGC 4478仅包含蓝色、低金属丰度的球状星团子星族，而M87则表现出双峰系统？
• RQ2 M87红色球状星团系统中观测到的颜色弥散在多大程度上反映了金属丰度弥散，而非年龄弥散？
• RQ3 NGC 4478星团的V-I与V-K颜色能否由银河系与M31中观测到的古老、低金属丰度星族模型解释？
• RQ4 考虑到NGC 4478位于室女座星系团内且邻近M87，其形成金属丰度较高的球状星团系统可能受何种机制抑制？
• RQ5 M87中的金属丰度较高的星族最合理的解释是单次主要并合事件，还是高红移与中等红移多次连续的恒星形成事件？

主要发现

• NGC 4478仅包含一个蓝色星族的球状星团，其V-I与V-K颜色与银河系和M31晕族星团无异。
• NGC 4478中缺乏金属丰度较高的星族最合理的解释是：在穿越室女座星系团致密核心时，其富含金属的气体被剥离，从而阻止了金属丰度较高星团的形成。
• M87中其红色星族的V-K颜色呈现显著弥散，表明红色星族中金属丰度弥散约为0.5 dex（从半太阳金属丰度至两倍太阳金属丰度）。
• M87中少数红色星团的颜色与单年龄老星族不符，其最佳解释为具有数十亿年量级的中等年龄，表明存在持续或近期的恒星形成活动。
• M87红色星族复杂的颜色结构暗示其形成历史涉及多次恒星与星团形成事件，极有可能由高红移与中等红移的多次富气体并合事件造成。
• 蓝色、低金属丰度星族在不同星系中表现出极高的同质性，而红色、高金属丰度星族则似乎是多个具有不同起源的子群的叠加，挑战了简单的单次坍缩或单次并合形成模型。