[论文解读] The globular cluster system of NGC 1399 V. dynamics of the cluster system out to 80 kpc

Y. Schuberth, Thomas Richtler+5 more|El Servicio de Difusión de la Creación Intelectual (National University of La Plata)|Nov 2, 2009

Scientific Research and Discoveries参考文献 107被引用 119

一句话总结

本研究利用VLT和Gemini的光谱观测，对NGC 1399中半径达80 kpc的700个球状星团的视向速度进行了分析，揭示了动力学上不同的红色（金属丰度高）和蓝色（金属丰度低）子群。红色星团追踪星系的恒星场，要求存在一个virial质量为$8.0 \times 10^{12} M_\odot$的暗物质晕；而蓝色星团表现出高速异常值，表明其可能来自福尔曼星系群的并合，暗示存在显著的星系际球状星团群体，并具有不同的动力学历史。

ABSTRACT

(Abridged) We use the largest set of globular cluster velocities obtained so far of any elliptical galaxy to revise and extend the previous investigations of the dynamics of NGC 1399, the central dominant galaxy of the nearby Fornax cluster of galaxies. Our sample now comprises velocities for almost 700 GCs with projected galactocentric radii between 6 and 100 kpc. In addition, we use velocities published by Bergond et al. (2007). We study the kinematics of the metal-poor and metal-rich subpopulations and perform spherical Jeans modelling. The most important results are: The metal-rich (red) GCs resemble the stellar field population of NGC 1399 in the region of overlap. Both subpopulations are kinematically distinct and do not show a smooth transition. It is not possible to find a common dark halo which reproduces simultaneously the properties of both subpopulations. Some velocities of blue GCs are only to be explained by orbits with very large apogalactic distances, thus indicating a contamination with GCs which belong to the entire Fornax cluster rather than to NGC 1399. Stripped GCs from nearby elliptical galaxies, particularly NGC 1404, may also contaminate the metal-poor sample. We argue in favour of a scenario in which the majority of the blue cluster population has been accreted during the assembly of the Fornax cluster. The red cluster population shares the dynamical history of the galaxy itself. Therefore we recommend to use a dark halo based on the red GCs alone. The dark halo which fits best is marginally less massive than the halo quoted by Richtler et al. (2004). The comparison with X-ray analyses is satisfactory in the inner regions, but without showing evidence for a transition from a galaxy to a cluster halo, as suggested by X-ray work.

研究动机与目标

• 研究NGC 1399的球状星团系统（GCS）在80 kpc范围内的动力学与运动学特性，将先前研究扩展至超过40 kpc的范围。
• 确定单一暗物质晕是否能同时解释金属贫乏（蓝色）和金属丰富（红色）球状星团子群的运动学特性。
• 评估并合物质和星系际球状星团对蓝色GC子群的贡献。
• 将推导出的暗物质晕质量分布与X射线质量估计进行比较，检验是否存在星系型晕向星系团型晕行为的转变。

提出的方法

• 利用VLT FORS2和Gemini South GMOS获取477条中分辨率光谱，测量了292个新发现的球状星团（其中241个未包含在先前的数据集中）的视向速度。
• 采用一致的模板对已有光谱的速度进行重新计算，构建了一个包含约700个球状星团的同质化数据集，其投影半径范围为6至100 kpc。
• 结合Bergond等人（2007年）提供的56个外部速度数据，延伸至200 kpc，用于更全面的动力学建模。
• 采用球对称的Jeans建模方法推导质量分布，将NFW暗物质晕模型拟合至红色和蓝色球状星团子群的速度 dispersion 分布曲线。
• 利用大视场的华盛顿色指数光度测量，根据颜色将金属贫乏（蓝色）和金属丰富（红色）球状星团子群分离。
• 将推导出的质量分布与基于X射线的质量估计进行比较，以检验一致性，并检测是否存在从星系型向星系团型晕行为的转变。

实验结果

研究问题

• RQ1 红色与蓝色球状星团子群是否具有共同的动力学历史，还是在动力学上相互独立？
• RQ2 一个单一的NFW暗物质晕能否同时再现金属贫乏与金属丰富球状星团的速度 dispersion 分布曲线？
• RQ3 蓝色球状星团子群中的高速异常值是否与束缚晕中的轨道一致，还是表明其受到星系际群体或邻近星系的污染？
• RQ4 基于球状星团运动学推导出的质量分布是否与X射线质量估计一致？是否存在星系型向星系团型晕结构转变的证据？
• RQ5 蓝色球状星团子群的起源是什么——来自矮星系的并合，还是原位形成？

主要发现

• 红色球状星团子群未表现出显著的旋转，其速度 dispersion 随半径减小，与轨道各向同性及与恒星场群体的动力学相似性一致。
• 蓝色球状星团子群表现出动力学不规则性，包括在22–44 kpc范围内沿小轴方向存在微弱的旋转信号，以及表现出高速异常值，表明其具有较大的远星系距。
• 蓝色GC的速度 dispersion 分布曲线并非平滑，极端速度值表明可能存在星系际或星际球状星团的污染。
• 对红色GC子群最佳拟合的NFW暗物质晕具有virial质量$8.0 \times 10^{12} M_\odot$和标度半径34 kpc，略小于早期研究的结果。
• 在包含Bergond等人（2007年）的外部速度数据后，得到的晕质量略大（$9.5 \times 10^{12} M_\odot$），但数据中未观察到向星系团型晕行为的转变。
• 推导出的质量分布与内区的X射线质量估计基本一致，但在大半径区域仍显著低于X射线质量，且未发现星系型向星系团型晕行为转变的证据。