Warum ist die Metallizität elliptischer Galaxien niedrig?

Es stimmt nicht, dass elliptische (oder frühe) Galaxien metallarm sind. Das klingt wie ein Pop-Sci-Mythos, der propagiert wird. Die erste Zeile des Abstracts von Pipino & Matteucci (2006) besagt, dass „elliptische Galaxien wahrscheinlich die metallreichsten Sternpopulationen im Universum beherbergen“. Daher ist Ihr Verdacht auf die Idee, dass "Ellipsentrainer metallarm sind", begründet.

Messungen von Galaxienmetallizitäten und Metallizitätsgradienten gibt es seit Jahrzehnten und zeigen, dass Ellipsen ziemlich einfachen Skalierungsbeziehungen zwischen Masse, Leuchtkraft, Geschwindigkeitsdispersion und Metallizität gehorchen.

In Bezug auf die Metallizität sind massive Ellipsen mit größeren Geschwindigkeitsdispersionen etwas metallreicher als die Sonne, während kleinere Galaxien die Hälfte der Sonnenmetallizität erreichen können. Bei Spiralgalaxien ist die Reichweite viel größer. Darüber hinaus besteht bei älteren Ellipsentrainern eine Tendenz zu höheren Metallizitäten. Beispiele für diese Trends finden sich in Graves & Faber (2010) und Li et al. (2018) .

Das zentrale Diagramm hier (entnommen von Graves & Faber 2010) zeigt, wie die Metallizität von Galaxien mit ihrer stellaren Geschwindigkeitsdispersion (ein Indikator für ihre Masse) variiert. [Z/H] ist eine logarithmische Skala zur Basis 10, wobei 0,0 die Metallizität der Sonne bedeutet und -1 ein Zehntel der Metallizität der Sonne wäre. Sie können sehen, dass die elliptischen Galaxien (rot) ein relativ schmales Spektrum an Metallizitäten haben, dass die meisten so metallreich sind wie die Sonne, dass weniger massive elliptische Galaxien eine geringere Metallizität haben und dass Spiralgalaxien (blau) eine viel größere Bandbreite an Metallizitäten haben.

Die Gründe für diese Trends werden noch diskutiert. Aber wie Sie zu Recht anmerken, entstehen Ellipsen wahrscheinlich aus der Verschmelzung von Objekten, die bereits aktiv Sterne gebildet haben. Eine geringe Metallizität ist daher nicht unbedingt zu erwarten. Viel hängt davon ab, wie viel angereichertes Gas aus dem Auswurf früherer (massereicherer) Sternpopulationen in der Galaxie zurückgehalten wird. Galaxien mit höherer Masse und tieferem Gravitationspotential können mehr von diesem angereicherten Gas zurückhalten.

Elliptische Galaxien haben keine Regionen mit hoher Dichte, daher bilden sie keine Sterne mehr. Alle Sterne in einer elliptischen Galaxie sind also alte Sterne, und wie Sie sagen, neigen sie dazu, eine geringe Metallizität zu haben (eigentlich scheint das, wie bereits erwähnt, nicht zu stimmen - sie haben eine höhere Metallizität, vermutlich von der alten Sternentstehung Nr länger auftreten). Sie haben Recht, dass sie in der fernen Vergangenheit vielleicht eine aktive Sternentstehung hatten, aber sie endete vor langer Zeit. Spiralgalaxien wie die Milchstraße haben während ihrer gesamten Geschichte neue Sterne gebildet, haben also mehr Möglichkeiten für einen Anstieg der aktuellen Metallizität, scheinen aber, wie oben erwähnt, hinten anzufangen.