[论文解读] Origin of the colour-magnitude relation of elliptical galaxies

Tadayuki Kodama, N. Arimoto|arXiv (Cornell University)|Sep 24, 1996

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 1被引用 11

一句话总结

本文利用校准至后发星系团数据的演化合成星族模型，研究椭圆星系颜色-星等（CM）关系的起源。通过将高红移星系团（阿贝尔2390和阿贝尔851）中CM关系演化模型预测与观测结果对比，发现CM关系主要由恒星金属丰度差异引起，而非年龄变化，该结论在不同模型和宇宙学参数下均具有鲁棒性。

ABSTRACT

Evolutionary models of elliptical galaxies are constructed by using a new population synthesis code. Model parameters are calibrated to reproduce the observed colour-magnitude (CM) relation of Coma ellipticals in $V-K$ vs. $M_{V}$ diagram. The SEDs are degenerated in stellar age and metallicity. An attempt is performed to break this degeneracy, by simulating evolution of the CM relation of elliptical galaxies, based on the two alternative interpretations; i.e., the CM relation reflects different mean stellar age or various stellar metallicity. A confrontation with the CM diagrams of E/S0 galaxies in the two distant clusters Abell 2390 ($z=0.228$) and Abell 851 ($z=0.407$) reinsures previous contentions that the CM relation is primarily a metallicity effect. This conclusion does not depend either on the model parameters, or on the cosmological parameters adopted.

研究动机与目标

• 确定椭圆星系颜色-星等（CM）关系是否源于恒星年龄差异或金属丰度差异。
• 通过模拟高红移星系团中CM关系的演化，检验其起源的鲁棒性。
• 利用高红移星系团的观测数据，打破光谱能量分布（SED）中年龄与金属丰度的混淆。
• 利用z=0.228和z=0.407星系团的独立数据，验证CM关系作为金属丰度效应的解释。
• 评估宇宙学参数或模型假设是否影响关于CM关系主导驱动因素的结论。

提出的方法

• 使用新代码构建演化合成星族模型，以模拟椭圆星系的总光。
• 校准模型参数，以重现后发星系团中观测到的V-K与MV关系的CM关系。
• 在两种竞争解释下模拟CM关系的演化：恒星平均年龄变化或金属丰度变化。
• 将模型预测与阿贝尔2390（z=0.228）和阿贝尔851（z=0.407）中E/S0星系的观测CM图进行比较。
• 评估模型与观测的一致性，以确定哪一参数——年龄或金属丰度——最能解释CM关系。
• 通过改变模型参数和宇宙学假设，测试结论的鲁棒性。

实验结果

研究问题

• RQ1 椭圆星系的颜色-星等关系是否主要反映恒星年龄或金属丰度的差异？
• RQ2 高红移星系团中CM关系的观测演化能否区分年龄与金属丰度作为主导因素？
• RQ3 金属丰度主导CM关系的结论是否对模型参数和宇宙学假设的变化具有鲁棒性？
• RQ4 在多大程度上可利用高红移星系团数据打破SED中年龄-金属丰度的混淆？
• RQ5 演化模型在多大程度上能重现遥远星系团中E/S0星系的观测CM图？

主要发现

• 椭圆星系的颜色-星等关系主要由恒星金属丰度的差异引起，而非平均恒星年龄的差异。
• 对z=0.228的阿贝尔2390和z=0.407的阿贝尔851中E/S0星系的观测结果支持金属丰度解释，而非年龄解释。
• 无论模拟中采用何种具体模型参数，金属丰度主导CM关系的结论均保持不变。
• 该结果与模型中采用的宇宙学参数无关。
• 通过将模型预测与高红移星系团数据对比，有效打破了SED中年龄-金属丰度的混淆。
• 演化模型成功再现了后发星系团中观测到的CM关系及其在遥远星系团中的演化，证实了金属丰度起源。