[论文解读] Nearby early-type galaxies with ionized gas. III. Analysis of line-strength indices with new stellar population models

F. Annibali, A. Bressan+3 more|Phaidra (Universität Wien)|Sep 6, 2006

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 89被引用 92

一句话总结

本研究利用包含α元素增强的新型简单 stellar population（SSP）模型，分析了65个近邻早型星系在多个半径处的Lick谱线指数，推导出其年龄、金属丰度和[α/Fe]。主要结果表明，金属丰度和[α/Fe]随中心速度 dispersion 增大而升高，表明大质量星系中恒星形成更高效且持续时间更短；而低密度环境中的年轻星系很可能是由不超过总质量25%的近期再生事件所致。

ABSTRACT

In this paper we study the underlying stellar population of a sample of 65 nearby early-type galaxies predominantly located in low density environments. Ages, metallicities and [alpha/Fe] ratios have been derived through the comparison of Lick indices measured at different galacto-centric distances with new SSP models which account for the presence of alpha/Fe enhancement. The SSPs cover a wide range of ages, metallicities and [alpha/Fe] ratios. To derive the stellar population parameters we have devised an algorithm based on the probability density function. We derive a large spread in age ((1-15) Gyrs). Age does not show any significant trend with central velocity dispersion sigma_c but E galaxies appear on average older than S0. On the contrary, an increasing trend of metallicity and [alpha/Fe] with sigma_c is observed, testifying that the chemical enrichment was more efficient and the duration of the star formation shorter in more massive galaxies. We have also sought for possible correlations with the local galaxy density but neither metallicity nor alpha-enhancement show clear trends. However we find that while low density environments (LDE) contain very young objects (from 1 to 4 Gyr), none of the galaxies in the higher density environments (HDE) is younger than 5 Gyrs. Considering the lack of environmental effect on the [alpha/Fe] ratio and the high value of [alpha/Fe] in some young massive objects, we argue that young galaxies in LDE are more likely due to recent rejuvenation episodes. By comparing the number of rejuvenated objects with the total number of galaxies in our sample, and by means of simple two-SSP component models, we estimate that, on average, the rejuvenation episodes do not involve more than 25 % of the total galaxy mass.

研究动机与目标

• 确定包含电离气体的65个近邻早型星系样本中恒星族的基本属性——年龄、金属丰度和[α/Fe]。
• 研究这些恒星族参数与星系势能（通过中心速度 dispersion σc 表征）及局域环境密度（ρxyz）的相关性。
• 评估环境条件在塑造早型星系形成与演化过程中的作用，特别是通过再生事件的影响。
• 分析恒星族的空间梯度，以推断恒星形成与化学富集过程的径向演化。

提出的方法

• 在每个星系的7个孔径和4个径向梯度处测量Lick谱线指数，以探测不同星系中心半径处的恒星族特性。
• 将观测到的谱线指数与新型简单 stellar population（SSP）模型进行比较，该模型涵盖广泛的年龄范围（1–16 Gyr）、金属丰度（0.0004 ≤ Z ≤ 0.05）和[α/Fe]（0–0.8）比例。
• 应用一种算法，计算在（年龄, Z, [α/Fe]）空间中的完整概率密度函数，使在1σ置信区间内解析年龄-金属丰度退化问题。
• 采用双SSP组分模型估算年轻星系中再生事件所涉及的质量分数。
• 分析金属丰度、年龄和[α/Fe]的径向梯度，以推断恒星形成与富集效率的空间分布。
• 将恒星族参数与中心速度 dispersion（σc）和局域星系密度（ρxyz）进行相关分析，以评估环境与动力学影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 年龄、金属丰度和[α/Fe]在早型星系中如何变化？它们揭示了怎样的形成 timescale 信息？
• RQ2 恒星族参数与中心速度 dispersion（σc）之间存在何种关系？这对其在星系形成中引力势能作用有何启示？
• RQ3 恒星族属性是否对局域星系密度（ρxyz）表现出可检测的环境依赖性，特别是对年轻星系而言？
• RQ4 再生事件（如大质量并合）在多大程度上促进了早型星系的质量积累？
• RQ5 金属丰度、年龄和[α/Fe]的径向梯度如何反映恒星形成与化学富集过程在空间和时间上的演化？

主要发现

• 恒星族年龄跨度广泛，从几亿年到150亿年不等，椭圆星系（平均8.7 Gyr）比透镜星系（平均6.3 Gyr）更老，且与中心速度 dispersion 无显著趋势。
• 金属丰度和[α/Fe]与中心速度 dispersion（σc）呈强正相关，表明大质量星系中化学富集更高效，且恒星形成 timescale 更短。
• [α/Fe]比值在∼0.22处达到峰值，其分布比年龄或金属丰度更窄，支持α增强在约束形成 timescale 中的作用。
• 低密度环境（ρxyz ≤ 0.4）中的星系包含非常年轻的天体（1–4 Gyr），而高密度环境（HDE）中无任何星系年龄小于5 Gyr，表明近期恒星形成受到环境抑制。
• 年轻星系中[α/Fe]无环境依赖性，暗示再生事件（很可能是大质量并合）而非长期恒星形成，解释了低密度区域的近期恒星形成。
• 径向梯度显示明确的负金属丰度梯度，Δlog Z/Δlog(r/re) ∼ -0.21，而年龄和[α/Fe]在re/2范围内相对平坦，表明中心区域恒星形成 timescale 均匀，且中心富集效率更高。