The Nature of Dwarf Elliptical Galaxies and Stellar Population Studies

Abstract

We define abundance ratios of 37 dwarf ellipticals (dEs) in the nearby Virgo cluster. This sample is representative of the early-type population of galaxies in the absolute magnitude range -19.0 < M$_r$ < -16.0. We analyze their absorption line-strength indices by means of index-index diagrams and scaling relations and use the stellar population models to interpret them. We present ages, metallicities and abundance ratios obtained from these dEs within an aperture size of ${R}_{e}$/8. We calculate [Na/Fe] from NaD, [Ca/Fe] from Ca4227 and [Mg/Fe] from Mgb. We find that [Na/Fe] is under-abundant with respect to solar while [Mg/Fe] is around solar. This is exactly opposite to what is found for giant ellipticals, but follows the trend with metallicity found previously for the Fornax dwarf NGC 1396. We discuss possible formation scenarios that can result in such elemental abundance patterns and we speculate that dEs have disk-like SFH favouring them to originate from late-type dwarfs or small spirals. Na-yields appear to be very metal-dependent, in agreement with studies of giant ellipticals, probably due to the large dependence on the neutron-excess in stars. We conclude that dEs have undergone a considerable amount of chemical evolution, they are therefore not uniformly old, but have extended SFH, similar to many of the Local Group galaxies.

Keywords

• Galaxies: dwarf ellipticals
• Galaxies: individual(Virgo)
• Galaxies: stellar population
• Galaxy Evolution
• Spectral Analysis

Cüce Eliptik Galaksilerin Doğası ve Yıldız Popülasyon Çalışmaları

Öz

Cüce Eliptik Galaksiler (dwarf elliptical galaxies, dEs) galaksi küme evrimini anlamak için anahtar rol oynarlar. Bu çalışmada SMAKCED (Stellar content, MAss and Kinematics of Cluster Early-type Dwarf galaxies) projesinin bir parçası olarak Virgo galaksi kümesinde salt parlaklığı -19.0 < M$_r$ < -16.0 aralığında bulunan 37 dEs’nin yıldızlararası pupülasyon ve element bolluğu hesaplanmıştır. Yıldızlararası popülasyon analizi, yüksek çözünürlüklü tayfsal veriler ışığında soğurma çizgi genişlik indekslerin ölçülmesi, indeks-indeks diyagramları, temel parametre bağıntıları ve yıldızlararası popülasyon modellerinin kullanılması ile elde edilmiştir. Bu galaksilere ait yaş, metallik ve element bolluğu ${R}_{e}$/8 açıklığı içerisinde saptanmıştır. Bolluk analizinde [Na/Fe] NaD, [Ca/Fe] Ca4227 ve [Mg/Fe] Mgb çizgi indeksileri kullanılarak hesaplanmıştır. Bu hesaplamaların ışığında $\alpha$ elementi olan [Mg/Fe] güneş bolluğunda iken [Na/Fe] ın daha az bollukta olduğu tespit edilmiştir. Bu durum dev eliptiklerde bulunan durumun tamamen zıttıdır, ama bu trend NGC1396 Fornax cücesinin önceki çalışmaları ile uyum içerisindedir.Bu tür bolluk düzenlerine neden olabilecek olası senaryolar tartışılmış ve dE’lerin geç tip cüceler veya küçük spirallerden oluşabileceği disk benzeri yıldız oluşum tarihçelerine (Star Formation History, SFH) sahip olabileceği öngörüsünde bulunulmuştur. Na-verimliliği yıldızlardaki nötron fazlalığından dolayı metalliğe bağımlıdır. dEs önemli ölçüde kimyasal evrim geçirdikleri ve bu nedenle tek düze, yaşlı olmadıkları ancak Yerel Grup galaksilerin çoğuna benzer şekilde genişletilmiş SFH sahip olduğu sonucuna varılmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Galaxies: dwarf ellipticals
• Galaxies: individual(Virgo)
• Galaxies: stellar population
• Galaxy Evolution
• Spectral Analysis

References

1. Arnett W. D., 1971, The Astrophysical Journal, 166, 153
2. Barazza F. D., Binggeli B., Jerjen H., 2002, ASTRONOMY AND ASTROPHYSICS, 391, 823
3. Boselli A., Gavazzi G., 2006, PUBLICATIONS OF THE ASTRONOMICAL SOCIETY OF THE PACIFIC, 118, 517
4. Boselli A., Gavazzi G., 2014, The Astronomy and Astrophysics Review, 22, 74
5. Cardiel N., 1999, PhD thesis, , Universidad Complutense de Madrid,Spain, (1999)
6. Carretta E., 2016, ArXiv e-prints, , ADS (arXiv:1611.04728)
7. Clayton D. D., 2003, Astrophysics and Space Science, 285, 353
8. Cohen J. G., Huang W., 2009, The Astrophysical Journal, 701, 1053

9. Conroy C., Graves G. J., van Dokkum P. G., 2014, The Astrophysical Journal, 780, 33
10. De Rijcke S., Dejonghe H., Zeilinger W. W., Hau G. K. T., 2003,ASTRONOMY AND ASTROPHYSICS, 400, 119
11. Faber S. M., Friel E. D., Burstein D., Gaskell C. M., 1985, The Astrophysical JournalS,57, 711
12. Ferrarese L., et al., 2006, The Astrophysical JournalS, 164, 334
13. Geha M., Guhathakurta P., van der Marel R. P., 2003, THE ASTRONOMICAL JOURNAL, 126, 1794
14. Gorgas J., Faber S. M., Burstein D., Gonzalez J. J., Courteau S.,Prosser C., 1993, The Astrophysical JournalS, 86, 153
15. Graham A. W., Guzmán R., 2003, THE ASTRONOMICAL JOURNAL, 125, 2936
16. Gratton R. G., et al., 2001, ASTRONOMY AND ASTROPHYSICS, 369, 87
17. Greggio L., Renzini A., Daddi E., 2008, MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY, 388, 829
18. Iwamoto K., Brachwitz F., Nomoto K., Kishimoto N., Umeda H.,Hix W. R., Thielemann F.-K., 1999, The Astrophysical JournalS, 125, 439
19. Janz J., Lisker T., 2008, The Astrophysical Journal, 689, L25
20. Janz J., Lisker T., 2009, The Astrophysical Journal, 696, L102
21. Janz J., et al., 2012, The Astrophysical Journal, 745, L24
22. Janz J., et al., 2014, The Astrophysical Journal, 786, 105
23. Jerjen H., Kalnajs A., Binggeli B., 2000, ASTRONOMY AND ASTROPHYSICS, 358, 845
24. Koleva M., de Rijcke S., Prugniel P., Zeilinger W. W., Michielsen D.,2009, MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY, 396, 2133
25. Koleva M., Prugniel P., de Rijcke S., Zeilinger W. W., 2011, MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY,417, 1643
26. Kormendy J., 1985, The Astrophysical Journal, 295, 73Kraft R. P., 1994, PUBLICATIONS OF THE ASTRONOMICAL SOCIETY OF THE PACIFIC, 106, 553
27. Kroupa P., 2001, MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY, 322, 231
28. La Barbera F., Vazdekis A., Ferreras I., Pasquali A., Allende PrietoC., Röck B., Aguado D. S., Peletier R. F., 2017, MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY, 464,3597
29. Langer G. E., Hoffman R., Sneden C., 1993, PUBLICATIONS OF THE ASTRONOMICAL SOCIETY OF THE PACIFIC, 105, 301
30. Letarte B., et al., 2010, ASTRONOMY AND ASTROPHYSICS, 523, A17
31. Lisker T., Grebel E. K., Binggeli B., 2006a, THE ASTRONOMICAL JOURNAL, 132, 497
32. Lisker T., Glatt K., Westera P., Grebel E. K., 2006b, THE ASTRONOMICAL JOURNAL, 132, 2432
33. Mentz J. J., et al., 2016, MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY, 463, 2819
34. Michielsen D., et al., 2008, MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY, 385, 1374
35. Paudel S., Lisker T., Kuntschner H., Grebel E. K., Glatt K., 2010,MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY, 405, 800
36. Pompéia L., et al., 2008, ASTRONOMY AND ASTROPHYSICS, 480, 379
37. Prugniel P., Soubiran C., 2001, ASTRONOMY AND ASTROPHYSICS, 369, 1048
38. Ryś A., Falcón-Barroso J., van de Ven G., 2013, MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY, 428, 2980
39. Ryś A., van de Ven G., Falcón-Barroso J., 2014, MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY, 439, 284
40. Ryś A., Koleva M., Falcón-Barroso J., Vazdekis A., Lisker T., PeletierR., van de Ven G., 2015, MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY, 452, 1888
41. Shetrone M., Venn K. A., Tolstoy E., Primas F., Hill V., Kaufer A.,2003, THE ASTRONOMICAL JOURNAL, 125, 684
42. Smith R. J., Alton P., Lucey J. R., Conroy C., Carter D., 2015,MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY, 454, L71
43. Spiniello C., Trager S., Koopmans L. V. E., Conroy C., 2014, MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY, 438, 1483
44. Spiniello C., Trager S. C., Koopmans L. V. E., 2015, The Astrophysical Journal, 803, 87
45. Thielemann F.-K., Hashimoto M.-A., Nomoto K., 1990, The Astrophysical Journal, 349,222
46. Thomas D., Maraston C., Schawinski K., Sarzi M., Silk J., 2010,MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY, 404, 1775
47. Timmes F. X., Woosley S. E., Weaver T. A., 1995, The Astrophysical JournalS, 98, 617
48. Travaglio C., Hillebrandt W., Reinecke M., Thielemann F.-K., 2004,ASTRONOMY AND ASTROPHYSICS, 425, 1029
49. Vazdekis A., Sánchez-Blázquez P., Falcón-Barroso J., Cenarro A. J.,Beasley M. A., Cardiel N., Gorgas J., Peletier R. F., 2010, MN-RAS, 404, 1639
50. Venn K. A., Irwin M., Shetrone M. D., Tout C. A., Hill V., TolstoyE., 2004, THE ASTRONOMICAL JOURNAL, 128, 1177
51. Worthey G., 1998, PUBLICATIONS OF THE ASTRONOMICAL SOCIETY OF THE PACIFIC, 110, 888
52. Worthey G., Ottaviani D. L., 1997, The Astrophysical JournalS, 111, 377
53. Worthey G., Faber S. M., Gonzalez J. J., Burstein D., 1994, The Astrophysical JournalS,94, 687
54. Worthey G., Ingermann B. A., Serven J., 2011, The Astrophysical Journal, 729, 148
55. Yamada Y., Arimoto N., Vazdekis A., Peletier R. F., 2006, The Astrophysical Journal, 637,200
56. Şen Ş., et al., 2018, MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY, 475, 3453J