[论文解读] Non-solar abundance ratios trends of dEs in Fornax Cluster using newly defined high resolution indices

S. Sen, R. F. Peletier+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 30, 2022

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 86被引用 4

一句话总结

本研究利用分辨率约为5000的积分场光谱，针对天炉星系团中八个大质量矮椭圆星系（dE）首次引入了一套新的高分辨率Lick风格谱线指数，用于测量恒星丰度比。研究发现，这些dE星系的Na/Fe比值显著低于太阳比例值，与缓慢、盘状形成历史一致，这是首次对本星系群以外的未解析dE星系进行此类丰度代理测量。

ABSTRACT

We perform a detailed study of the stellar populations in a sample of massive Fornax dwarf galaxies using a set of newly defined line indices. Using data from the Integral field spectroscopic data, we study abundance ratios of eight dEs with stellar mass ranging from 10$^8$ to 10$^{9.5}$ M$_\odot$ in the Fornax cluster. We present the definitions of a new set of high-resolution Lick-style indices to be used for stellar population studies of unresolved small stellar systems. We identify 23 absorption features and continuum regions, mainly dominated by 12 elements (Na, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Y, Ba and Nd) in the wavelength range 4700 - 5400 {A} and characterise them as a function of age, metallicity and alpha element abundance ratios. We analyse eight dEs and interpret the line strengths, measured in our new high resolution system of indices, with the aid of stellar population models with high enough spectral resolution. We obtain abundance ratio proxies for a number of elements that have never been studied before for dwarf ellipticals outside the Local Group. These proxies represent relative deviations from predicted index-strengths of base stellar population models built-up following the abundance pattern of The Galaxy. The abundance proxy trend results are compared to abundance ratios from resolved stars in the Local Group, and indices from integrated light of larger early-type galaxies. We find that all our dwarfs show a pattern of abundance ratios consistent with the disk of the Milky Way, indicative of slow formation in comparison to their high mass counterparts.

研究动机与目标

• 开发一套新的高分辨率谱线指数系统，用于对未解析、低质量恒星系统进行精确的星族分析。
• 测量天炉星系团中大质量dE星系中11种元素（如Na、Ca、Ti、Cr、Mn、Fe、Ni、Y、Ba、Nd）的丰度比。
• 通过与银河系盘星和大质量早型星系的丰度模式比较，探究dE星系是否通过缓慢、盘状恒星形成方式形成。
• 通过使用高分辨率光谱数据分析遥远星系团中未解析dE星系，将丰度比研究扩展至本星系群之外。
• 提供基于银河系丰度模式预测的丰度比代理指标，作为相对于预测值的相对偏差，实现不同星系族群之间的交叉比较。

提出的方法

• 利用高分辨率光谱数据，在4700–5400 Å波段内定义了23个高分辨率吸收特征及其连续谱区域，主要由12种元素主导。
• 采用新设计的Lick风格指数系统，专门针对信噪比较低、未解析系统且光谱分辨率较高（R ~ 5000）的条件，测量谱线深度。
• 将观测到的指数深度与高光谱分辨率下的PEGASE.HR恒星群体合成模型预测值进行比较。
• 基于银河系丰度模式，计算丰度比代理指标作为相对于模型预测值的相对偏差。
• 利用速度弥散度（40 km s⁻¹）和低分辨率数据，验证高分辨率指数系统的稳健性。
• 通过速度弥散度追踪丰度趋势随星系质量的变化，将结果与大质量早型星系及本星系群内解析恒星进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 天炉星系团中的dE星系是否表现出与银河系盘星一致的丰度比模式，表明其形成过程缓慢？
• RQ2 高分辨率谱线指数能否在信噪比较低、未解析的低质量恒星系统中可靠地测量丰度比？
• RQ3 dE星系的丰度比与大质量早型星系及本星系群内解析恒星的丰度比相比如何？
• RQ4 在本星系群之外，dE星系的[Na/Fe]丰度比是多少，与太阳比例值相比如何？
• RQ5 dE星系中的丰度趋势是否支持其由晚型、星暴星系通过环境过程（如激波剥离）演化而来的假设？

主要发现

• 本研究是首次使用高分辨率指数，对本星系群之外未解析dE星系中11种元素的丰度比代理指标进行推导。
• 天炉星系团中全部八个dE星系的丰度比均与银河系盘星一致，表明其恒星形成过程缓慢且持续时间长，尽管其恒星质量较高。
• 这些dE星系的[Na/Fe]丰度比显著低于太阳值，远低于太阳比例预测值，与室女星系团dE星系的发现一致。
• dE星系的丰度模式与康罗伊等人（2014）研究中大质量星系丰度趋势的外推结果高度吻合，表明存在普遍的形成规律。
• 尽管信噪比较低且速度弥散度较小，该高分辨率指数系统仍能有效分离各元素的丰度，实现精确测量。
• 结果支持dE星系起源于晚型、星暴星系，通过激波剥离过程失去气体，同时保留盘状化学特征的假设。