[论文解读] VLT Spectroscopy of Globular Cluster Systems, I. The Photometric and Spectroscopic Dataset

Thomas H. Puzia, M. Kissler‐Patig+7 more|ArXiv.org|May 20, 2005

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 85被引用 51

一句话总结

本论文利用VLT/FORS2和ISAAC仪器，为七个早型星系中的球状星团提供了高质量的测光和光谱数据。其年龄分辨率达到约30%，金属度分辨率为0.25–0.4 dex，揭示了NGC 1380、3115和3585中存在双峰颜色分布，而其他星系则呈现单峰分布，动力学质量最高达1.2×10¹² M☉。

ABSTRACT

We present Lick line-index measurements of extragalactic globular clusters in seven early-type galaxies (NGC 1380, 2434, 3115, 3379, 3585, 5846, and 7192) with different morphological types (E-S0) located in field and group/cluster environments. High-quality spectra were taken with the FORS2 instrument at ESO's Very Large Telescope. About 50% of our data allow an age resolution dt/t ~ 0.3 and a metallicity resolution ~0.25-0.4 dex, depending on the absolute metallicity. Globular cluster candidates are selected from deep B, V, R, I, K FORS2/ISAAC photometry with 80-100% success rate inside one effective radius. Using combined optical/near-infrared colour-colour diagrams we present a method to efficiently reduce fore-/background contamination down to <10%. We find clear signs for bi-modality in the globular cluster colour distributions of NGC 1380, 3115, and 3585. The colour distributions of globular clusters in NGC 2434, 3379, 5846, and 7192 are consistent with a broad single-peak distribution. For the analysed globular cluster systems the slopes of projected radial surface density profiles, of the form Sigma(R) ~ R^-Gamma, vary between ~0.8 and 2.6. Using globular clusters as a tracer population we determine total dynamical masses of host galaxies out to large radii (~1.6 - 4.8 Reff). For the sample we find masses in the range ~8.8*10^10 Msolar up to ~1.2*10^12 Msolar. The line index data presented here will be used in accompanying papers of this series to derive ages, metallicities and abundance ratios. A compilation of currently available high-quality Lick index measurements for globular clusters in elliptical, lenticular, and late-type galaxies is provided and will serve to augment the current data set. [abridged]

研究动机与目标

• 为早型星系中的河外球状星团获取高精度的Lick线指数测量和测光数据，以克服测光研究中的年龄-金属度退化问题。
• 通过使用高质量光谱数据推导年龄、金属度和元素丰度比，评估球状星团系统的形成与演化。
• 利用多波段光学/近红外颜色-颜色图减少前景/背景恒星的污染。
• 确定球状星团系统在约4.8 R_eff范围内的径向分布及动力学质量分布。
• 编制一份公开可获取的、高精度的Lick指数数据集，涵盖早型与晚型星系中的球状星团，以支持未来研究。

提出的方法

• 利用甚大望远镜（VLT）上的FORS2仪器获取七个早型星系中球状星团候选体的高信噪比、高分辨率光谱。
• 从光谱中测量Lick系统吸收线指数（如Hβ、Mg_b、Fe5270），不确定度约为0.1 Å，从而实现高分辨率的年龄与金属度测定。
• 结合FORS2与ISAAC获得的深空B、V、R、I和K波段测光数据，构建光学/近红外颜色-颜色图以实现污染源剔除。
• 应用颜色-颜色图技术，将前景/背景污染减少至有效半径内10%以下。
• 通过拟合径向表面密度分布为Σ(R) ∼ R⁻ᵞ，确定星团分布的斜率Γ。
• 利用球状星团的运动学数据，采用标准动力学质量估算方法，推断宿主星系在约1.6–4.8 R_eff范围内的总动力学质量。

实验结果

研究问题

• RQ1 早型星系中球状星团的年龄与金属度分布如何？高精度光谱能否解决年龄-金属度退化问题？
• RQ2 早型星系的球状星团系统是否表现出双峰颜色分布？若存在，哪些星系显示出此类特征？
• RQ3 在双峰与单峰系统中，蓝/红球状星团子群的径向表面密度分布如何比较？
• RQ4 球状星团在多大程度上能追踪宿主星系在光学有效半径之外的总动力学质量？
• RQ5 光学/近红外颜色-颜色图在减少非球状星团源污染方面的有效性如何？

主要发现

• 该数据集实现了Δt/t ≈ 0.3的年龄分辨率和0.25–0.4 dex的金属度分辨率，支持详细的恒星族分析。
• 在NGC 1380、NGC 3115和NGC 3585中检测到清晰的双峰颜色分布，表明存在明显区分的蓝/红球状星团子群。
• NGC 2434、3379、5846和7192星系表现出单峰球状星团颜色分布，与单一宽峰一致。
• 球状星团的径向表面密度分布斜率Γ范围为∼0.8至2.6，在双峰系统中，蓝/红子群表现出相似的斜率。
• 在单峰系统中，蓝球状星团系统比红系统更弥散，暗示其形成或动力学历史存在差异。
• 通过球状星团运动学推导出宿主星系的动力学质量，范围从8.8×10¹⁰ M☉至1.2×10¹² M☉，覆盖约4.8 R_eff的范围。