[论文解读] SMC west halo: a slice of the galaxy that is being tidally stripped? Star clusters trace age and metallicity gradients

Bruno Dias, L. O. Kerber+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 11, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 65被引用 3

一句话总结

本研究利用SOAR望远镜的V(B-V)颜色-星等图，对大麦哲伦云西侧晕（WH）中的九个星团进行分析，以获得一致的年龄、金属丰度、距离和消光值。研究证实了WH中存在显著的年龄和金属丰度梯度，其低弥散的年龄-金属丰度关系与大麦哲伦云（LMC）的潮汐剥离一致，表明WH是SMC与LMC相互作用后潮汐剥离的残余结构。

ABSTRACT

(ABRIDGED) The evolution and structure of the Magellanic Clouds is presently under debate. The classical scenario where both the Large and Small Magellanic Clouds (LMC, SMC) are orbiting the Milky Way has been challenged by an alternative where the LMC and SMC are in their first close passage to our Galaxy. Detailed studies of stellar populations in the galaxies should constrain the proposed scenarios. In particular, the west halo of the SMC was recently characterized with radial trends in age and metallicity which indicates tidal disruption. We increase the sample of star clusters in the west halo of the SMC with homogeneous age, metallicity, and distance derivations, to determine better age and metallicity gradients. Comparisons of observed and synthetic V,(B-V) colour-magnitude diagrams are used to derive parameters for west halo star clusters. We derived age and metallicity for the reference cluster NGC 152 compatible with literature parameters. Age and metallicity gradients are confirmed in the west halo: 2.6 +/- 0.6 Gyr/deg and -0.19 +/- 0.09 dex/deg, respectively. Age-metallicity relation for the west halo has low dispersion in metallicity and it is compatible with a burst model of chemical enrichment. All WH clusters seem to follow the same predicted stellar distribution, with exception of AM-3 that should belong to the counter-bridge. Bruck 6 is only 130 +/- 40 Myr old and it could have been formed during a recent tidal interaction of the SMC-LMC. We suggest that it is crucial to split the SMC cluster population in groups: main body, wing/bridge, counter-bridge and west halo. This is the way to analyse the complex star formation and dynamical history of our neighbour. In particular we show that west halo has clear age and metallicity gradients and age-metallicity relation, also compatible with the dynamical model of tidal influence of the LMC over the SMC.

研究动机与目标

• 增加SMC西侧晕中具有同质化年龄、金属丰度和距离测量的星团样本。
• 检验WH中年龄和金属丰度梯度是否支持在近距离遭遇期间LMC引起的潮汐剥离。
• 将星团的位置和运动学特性与SMC-LMC相互作用的动力学模型进行比较，以评估其轨道历史。
• 提出一种基于区域的SMC星团分类方法（主星体、翼部、桥区、反向桥区、WH），以改善对恒星形成和动力学历史的分析。
• 识别Brück 6和AM-3等关键星团作为近期潮汐相互作用的示踪体以及SMC结构成分的标志。

提出的方法

• 基于SOAR 4.1米望远镜观测的V(B-V)颜色-星等图（CMD）进行光度分析。
• 将观测到的CMD与合成CMD进行比较，以推导每个星团的年龄、金属丰度、距离和消光值。
• 通过人工星测试评估光度完整性和星团成员星选择的可靠性。
• 与控制场进行统计比较，以识别星团成员星并减少场星污染。
• 利用星团相对于SMC中心的位置，对WH中年龄和金属丰度的空间梯度进行分析。
• 将模型结果与Besla等人（2011年）的动力学模拟进行比较，以检验星团分布与潮汐剥离预测的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 SMC西侧晕中的星团是否表现出与潮汐剥离一致的径向年龄和金属丰度梯度？
• RQ2 WH中年龄-金属丰度关系是否与潮汐相互作用后爆发式化学富集模型一致？
• RQ3 WH星团的空间分布与SMC-LMC相互作用动力学模型的预测如何比较？
• RQ4 能否基于AM-3和Brück 6的年龄和金属丰度，将其归类为特定潮汐结构（如反向桥、大麦哲伦桥）的一部分？
• RQ5 主星体与WH之间年龄和金属丰度的观测不连续性是否表明其具有不同的动力学起源？

主要发现

• SMC西侧晕（WH）表现出显著的年龄梯度，为2.6 ± 0.6 Gyr/°，负线性系数为-3.7 ± 1.8 Gyr，表明半径越大，星团越年轻。
• 测得金属丰度梯度为-0.19 ± 0.09 dex/°，WH星团的[Fe/H] ≈ -0.8，显著高于主星体在边界处的[Fe/H] ≈ -1.3。
• WH星团的年龄-金属丰度关系具有低弥散，与爆发式化学富集模型（Pagel & Tautvaisiene, 1998）一致，支持一次短暂的富集事件。
• 星团Brück 6是样本中最年轻的，年龄为130 ± 40 Myr，与形成WH和大麦哲伦桥的潮汐相互作用时期一致。
• AM-3虽位于WH区域，但其年龄和金属丰度趋势与反向桥一致，表明其为被剥离的反向桥星团，而非WH的一部分。
• WH星团的空间分布与Besla等人（2011年）的动力学模型定性一致，该模型预测了SMC-LMC潮汐相互作用产生的星体碎片，尤其在主星体与潮汐臂之间的外区。