[论文解读] The Mass of the Globular Cluster Systems of Early Type Galaxies as Proxy for the Total Galaxy Mass

Nicholas James, Dong‐Woo Kim+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 22, 2018

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 1

一句话总结

本研究在30个早期型星系（ETG）中建立了总星系质量（包括暗物质）与球状星团系统质量（M_GCS）之间的近乎线性比例关系，证明M_GCS可作为M_TOT的可靠代理。结合热星系际介质的X射线光度（L_X,GAS）后，研究结果表明在低和高晕质量区域的恒星形成效率高于以往假设，且提示恒星反馈在核心型ETG中可能是气体保留的次要影响因素。

ABSTRACT

Using globular cluster (GC) kinematics and photometry data, we calibrate the scaling relation between the total galaxy mass (M_TOT including dark matter) and total globular cluster system mass (M_GCS) in a sample of 30 early-type galaxies (ETG), finding a nearly linear relationship between the two physical parameters. We further investigate this scaling relation in conjunction with the previously known relation between the ISM X-ray luminosity (L_X,GAS) and M_TOT using a sample of 83 ETGs, and confirm that MGCS can be effectively used as a proxy of MTOT. Using the M_GCS-M_TOT scaling relations we compare 272 ETGs with previous estimates of the stellar-to- halo mass relation of galaxies. Our model-independent estimate of MTOT results in a good agreement around halo masses of 10^12 Mo, but suggest higher star formation efficiency than usually assumed both at the low and at the high halo mass ends. The L_X,GAS - M_TOT relation is far tighter in core than cusp ETGs. This is consistent with previous results, indicating that while MTOT is the most important factor in retaining hot ISM in core ETGs (old, passively evolving stellar systems), secondary (non-gravitational) factors may affect gas retention in cusp ETGs. We find that for a given dark matter mass (MDM), cusp galaxies with higher stellar mass (M_STAR) tend to have higher L_X,GAS. This suggests that stellar feedback could be an important secondary factor for determining the amount of hot ISM retained in low L_X,GAS cusp galaxies.

研究动机与目标

• 校准早期型星系（ETG）中总星系质量（M_TOT）与球状星团系统质量（M_GCS）之间的比例关系。
• 评估M_GCS是否能有效作为M_TOT的代理，基于运动学与测光数据。
• 在83个ETG的更大样本中，研究M_TOT、M_GCS与热星系际介质X射线光度（L_X,GAS）之间的相互作用。
• 将基于模型独立的M_TOT估计值与星族-晕质量关系进行比较，评估不同晕质量尺度下的恒星形成效率。

提出的方法

• 利用球状星团的运动学与测光数据，测量了30个早期型星系中M_GCS的值。
• 通过观测数据的经验校准，建立了近乎线性的M_GCS–M_TOT比例关系。
• 将M_GCS–M_TOT关系与已知的L_X,GAS–M_TOT关系结合，使用83个ETG的更大样本，以检验一致性与预测能力。
• 区分核心型与凹陷型ETG，分析星系际介质保留差异及恒星反馈等次要因素的影响。
• 将基于M_GCS的模型独立M_TOT估计值与理论星族-晕质量关系进行比较，以评估恒星形成效率。

实验结果

研究问题

• RQ1 在早期型星系中，球状星团系统质量（M_GCS）是否可作为总星系质量（M_TOT，含暗物质）的可靠代理？
• RQ2 M_GCS–M_TOT比例关系与L_X,GAS–M_TOT关系相比，尤其在核心型与凹陷型ETG中表现如何？
• RQ3 基于M_GCS的M_TOT估计值揭示了不同晕质量尺度下恒星形成效率的何种特征？
• RQ4 非引力过程（如恒星反馈）在低L_X,GAS的凹陷型ETG中对热星系际介质保留的影响有多大？
• RQ5 在固定暗物质质量（MDM）下，凹陷型星系中恒星质量（M_STAR）与L_X,GAS之间存在何种相关性？

主要发现

• 在30个早期型星系中，M_GCS与M_TOT之间发现了近乎线性的比例关系，验证了M_GCS作为M_TOT的稳健代理。
• 当M_GCS–M_TOT关系与L_X,GAS–M_TOT关系结合时，证实M_GCS是ETG中总星系质量的有效代理。
• 基于M_GCS的模型独立M_TOT估计值显示，恒星形成效率高于通常假设的水平，尤其在低和高晕质量端更为显著。
• L_X,GAS–M_TOT关系在核心型ETG中明显比在凹陷型ETG中更紧密，表明引力在核心系统中是气体保留的主导因素。
• 在固定MDM下，恒星质量（M_STAR）更高的凹陷型星系表现出更高的L_X,GAS，表明恒星反馈可能是星系际介质保留的关键次要因素。
• 结果表明，对于低L_X,GAS的凹陷型ETG，次要过程（如反馈）在决定热星系际介质含量方面的作用，相较于核心型ETG更为显著。