[论文解读] Revisiting the relation between the number of globular clusters and galaxy mass for low mass galaxies

Dennis Zaritsky|arXiv (Cornell University)|Apr 13, 2022

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 59被引用 22

一句话总结

本研究利用基于星系尺度关系的新质量估算方法，重新审视了低质量星系中球状星团（GC）数量—星系质量（NGC–MT）关系。研究发现，该关系在MT ∼10⁸.⁷⁵ M⊙的低质量范围内近乎线性，表现为NGC ∝ MT⁰.⁹²±⁰.⁰⁸，这一结果挑战了以并合驱动或分层形成模型，并表明即使在平均GC数量少于一个的星系中，GC形成仍是一种稳健且持续的过程。

ABSTRACT

Using a new method to estimate total galaxy mass (M$_{ m T}$) and two samples of low luminosity galaxies containing measurements of the number of globular clusters (GCs) per galaxy (N$_{ m GC}$), we revisit the N$_{ m GC}-$M$_{ m T}$ relation using a total of 203 galaxies, 157 of which have M$_{ m T}$ $\ \le 10^{10}$ M$_\odot$. We find that the relation is nearly linear, N$_{ m GC} \propto$ M$_{ m T}^{0.92\pm0.08}$ down to at least M$_{ m T} \sim 10^{8.75}$ M$_\odot$. Because the relationship extends to galaxies that average less than one GC per galaxy and to a mass range in which mergers are relatively rare, the relationship cannot be solely an emergent property of hierarchical galaxy formation. The character of the radial GC distribution in low mass galaxies, and the lack of mergers at these galaxy masses, also appears to challenge models in which the GCs form in central, dissipatively concentrated high-density, high-pressure regions and are then scattered to large radius. The slight difference between the fitted power-law exponent and a value of one, leaves room for a shallow M$_{ m T}$-dependent variation in the mean mass per GC that would allow the relation between total mass in GCs and M$_{ m T}$ to be linear.

研究动机与目标

• 将NGC–MT关系扩展至并合罕见、分层组装不占主导地位的低质量星系。
• 解决已知GC数量的低光度星系中精确总质量（MT）测量不足的问题。
• 检验在10¹⁰ M⊙以下质量范围内，NGC–MT关系是否仍保持线性，以挑战将该关系归因于分层组装涌现特性的模型。
• 评估GC形成在不同星系质量范围内的自洽性，包括平均GC数量少于一个的系统。
• 评估尺度关系作为大规模样本中MT代理的可行性，其中动力学质量测量不可行。

提出的方法

• 使用星系尺度关系（如大小–光度、Tully–Fisher关系）估算总星系质量（MT），而非光谱动力学方法。
• 将这些尺度关系应用于两个已测量NGC的低光度星系大样本：Forbes et al. (2020) 和 Carlsten et al. (2021a)。
• 基于与Saifollahi et al. (2022) 的HST基础完整性校正的重叠，采用中位乘法校正因子（0.27）对Forbes et al. (2020) 的NGC值进行重新校准。
• 对分箱数据执行统计分析，以确定NGC–MT关系的幂律指数。
• 通过将尺度关系方法的预测与动力学质量估计进行比较，并评估其与线性的符合程度，验证该方法的可靠性。
• 使用WMAP9宇宙学参数和太阳V波段绝对星等4.81进行距离与星等校准。

实验结果

研究问题

• RQ1 在并合罕见的星系质量约为10⁸.⁷⁵ M⊙时，NGC–MT关系是否仍保持线性？
• RQ2 在动力学测量不可行的低光度星系中，星系尺度关系能否作为总质量（MT）的可靠代理？
• RQ3 观测到的NGC–MT关系是分层星系形成涌现特性的结果，还是反映了GC形成的根本性、连续过程？
• RQ4 GC探测的完整性校正如何影响不同研究之间NGC测量的归一化与可比性？
• RQ5 低质量星系中GC的径向分布对涉及并合驱动簇群重新分布的模型有何启示？

主要发现

• NGC–MT关系可用幂律指数为0.92 ± 0.08的幂律良好描述，表明在MT ∼10⁸.⁷⁵ M⊙的低质量范围内近乎线性。
• 该关系甚至在平均GC数量少于一个的星系中依然成立，表明GC形成在低质量下并非存在阈值。
• 低质量星系中GC的径向分布与恒星分布高度一致，与需要并合驱动散射进入星系晕的模型相矛盾。
• 观测到的线性关系挑战了将NGC–MT关系归因于分层组装或并合活动涌现效应的模型。
• 研究未在探测到的最低质量范围内发现NGC–MT关系的拐点或阈值，与部分近期模拟的预测相矛盾。
• 结果表明，GC形成可能在广泛质量范围的星系中由近乎恒定的效率主导，可能与早期宇宙的重子流体运动有关。