在z~0.37的超级星系群中搜索S0星系中的年轻恒星

(呼,刚刚从给论文写初稿的痛苦中抬起头来,在导师回复修改意见之前估计是能稍微的轻松一下了;今天介绍的文章名字很拗口,这是我在几个月前参加Magellan会议的时候看到的一个海报,内容和我以前和现在的工作都有联系,作者是Arizona的一个帅哥,终于在ArXiv上看到了,介绍一下,UA的几个弟兄们帮忙跟Dennis打声招呼,我从他主页上的报告里摘了两张图过来,希望他别介意;另外,抱歉,最近睡眠严重不足,也许写的有些混乱,请见谅 😛 )

标题:A Search for Young Stars in the S0 Galaxies of a Super-Group at z=0.37

  • 作者:Dennis W. Just, Dennis Zaritsky, Kim-Vy H. Tran, Anthony H. Gonzalez, Stefan J. Kautsch, John Moustakas
  • 论文索引:astro-ph:1107.3838
  • 编辑供稿: 黄崧 (南京大学)

    背景知识:

    似乎我以前就这样说过了是吧,在早型星系的分类中,所谓的透镜状星系,S0星系作为主要的成员之一,一直让研究星系的天文学家们非常纠结,无论是其形态分类,还是形成的过程,与晚型星系的联系,与椭圆星系的联系等等;上个世纪80年代,随着对中等红移上的星系团的研究,一个显著的特点就是所谓的形态-密度关系以及不同红移中星系团中S0星系的比例,似乎是在以消耗晚型旋涡星系为代价制造更多的S0星系,在邻近的宇宙中,这种星系在星系团和星系群等稍微致密的环境中广泛存在,数量比例甚至比椭圆星系还要高;而且在S0星系中,各种复杂的结构,核球,伪核球,内棒外棒混合棒,各种环,被称为“卵形结构”的东西,还有外部的可能的并和遗迹等等,这些结构必定与其形成过程有着紧密的联系。

    结合邻近S0星系的各种星系,天文学家们提出的S0星系的形成机制基本可以分成3种:内部演化;星系并和;环境相互作用 (难道还有第4种吗??):
    内部的演化,基本就是说,假定像我们银河系这样的晚型旋涡星系不会发生并和作用,内部的气体会随着恒星形成过程逐渐的消耗,加上内部的各种反馈机制的影响,以及恒星成分的动力学久期演化,会逐渐的“黯淡”成一个S0星系;星系并和的想法和形成椭圆星系的并和模型比较类似,只是因为需要留存有一个显著的盘结构,并和前身星系的各种搭配,尤其是质量比和气体比例需要做调整;第三种说法就是S0的形成演化对环境的依赖很大,这种大的模型下面有很多单独的模型,比如冲压剥离(ram-pressure stripping),星系的环境窒息(strangulation),环境骚扰(harassment)和“同类相残” (都好黄好暴力啊),不管名字多热闹,基本的意图都是借助特定环境,比如群和团中的频繁星系相互作用(但这个看似直观的概念不一定对,在充分弛豫的团中,直接发生星系相互作用的概率并没有你想像的那么高)或者是星系际介质的性质来起作用。这三种模型和天体物理学中的很多情况一样,可能都对又都不全面,更多的情况是需要“同时发挥作用”,但无论哪样,必须要解释三个S0的主要性质的变化:恒星形成的停止;冷气体的剥离或者消耗;形态的转化

    为了这样的目的,最直接的方法,就是研究中到高红移处不同环境下星系的形态和恒星形成性质,直接找到邻近S0星系的前身,用他们的性质来限制模型;这也正是本文的工作。

    主要工作:

    本文最大的特点在于其观测目标的独特性,这是一个位于红移0.37处的“超级星系群” (Super Groups),正式名称叫做SG1120-1202,是Gonzalez在2005的Las Campanas星系团巡天的文章中首次介绍的;这个结构的特殊之处在于他的尺度很大,可以看作由4个星系群组成的一个复杂的结构,对于其中星系运动学的仔细研究揭示出这4个星系群已经处于引力束缚的状态,因此会在未来的某段时标内发生并和,并在红移0处形成一个质量和结构可能都和后发座星系团(Coma)很像的结构;这样的一个由群像团转化的阶段,正好是研究早型星系形成演化,和前身中的恒星形成性质的好机会


    fig1

    Fig.1: SG1120-1202 超级星系群的BVR三色合成图,4个子星系群分别用圆圈指出

    本文的工作可以简短的总结成,在这个超级星系群中,利用形态分类,选择出一个S0星系的样本,利用来自光学,GALEX的紫外观测,Spitzer的中红外数据和部分光谱观测来仔细研究这些S0星系中的恒星形成性质;在这个红移处,如果能看到S0星系中有残留的恒星形成,或者至少是年轻星族的广泛存在会是一个非常有意思的话题,而且可以直接用来对S0星系形成模型进行限制;为了这个目的,基于本文的观测,一系列的星族模型也被用来和观测进行比较。


    fig1

    Fig.2: SG1120中星系的颜色星等图,五角星标注出了S0样本,可以看到大部分的S0星系已经位于“宁静”的Red Sequence上面

    结论与讨论:

    本文最主要的发现可以很简单的总结成:基本上没发现正在进行的恒星形成,也没有找到显著的年轻恒星!


    fig1

    Fig.3: 唯一有单独紫外探测的S0星系,在上图中用实心的五角星指出;可以看到星系存在棒结构

    具体来说,首先的证据就是,到近紫外星等26等的流量限制处 (基本上可以看作对应于 0.01太阳质量每年的恒星形成率),只探测到了一个星系,而且剩下未直接探测到的星系的叠加 (Stacking) 图像也并为产生很强的探测;这个结论的直观解读就是,在中等红移处,成熟的星系群环境下,恒星质量在10^{10}10^{11} 太阳质量的之间的S0星系中,没有正在进行的恒星形成和最近恒星形成留下的显著年轻星族的证据。


    fig1

    Fig.4: SG1120中的星系分布,本文的S0星系依然是用五角星标出;灰色和黑色圆点指出的是有NUV和有NUV+FUV 紫外探测的星系;方框指出的是用MIPS测量,并且SFR>3.0太阳质量每年的星系

    这个结论本身稍稍有些令人意外,因为抛开具体的形态问题;在邻近的宇宙中,GALEX的NUV探测被发现可以很好的指示出那些基本没有光学证据的早型星系中最近的恒星形成活动,最直观的方法就是比较这些星系的光学和紫外 (e.g. NUV-r) 的颜色星等图,可以看到显著的差异,而且这些差异也被用来对邻近早型星系中恒星形成的终止 (Quenching) 过程联系起来,甚至和AGN的活动的作用联系起来等等,按照预测,如果邻近宇宙如此,在较高的红移处,预期应该是能看到更多的有NUV探测的星系才对。不过这也不是不合理的,第一是本文的星系有很好的观测给出的形态分类,比较明确的指出这些星系很接近S0星系,而低红移处基于SDSS的观测可能在形态上有很强的“污染”或者混淆;第二,NUV星等的流量限制和邻近宇宙是不同的,邻近的有NUV指示出有年轻星族的星系的NUV流量可能低于这里的观测极限,另外,很少的年轻星族也可以对NUV贡献产生显著的影响;第三,本文观测的环境的特殊性也可以与这种意外联系起来

    关于具体的模型解释,这个工作其实做了很具体的讨论和比较,简单的来说,就是有两种粗略的图像,配合上不同的环境可以来尝试解释恒星形成和年轻恒星的缺乏:两种图像就是:1.近期较短时标能发生了小规模的星暴,但恒星形成活动中断的非常迅速;2.就是恒星形成发生于较长的时标以前,恒星形成是逐渐的停止的;三种环境是星系团,正在向星系团中下落的星系群(本文的观测环境)和孤立的星系群;上面的说法虽然复杂,但其实就是在星族合成模型中,给出一定的假定,并通过调整恒星形成率指数衰减模型下的三个重要参数,星暴强度,星暴发生时间和指数衰减时标来对紫外流量的探测极限给出模型的限制,这些具体的细节未必了解,但这里需要带走的一个信息就是结合观测和模型,对S0星系的一个限制就是,显著的恒星形成停止和形态转化在星系群环境中就已经完成了,并不需要星系团环境的作用,事实上,SG1120中星系的S0比例已经和Coma星系团一样的高了。具体的模型比较,本文作者给出了一个非常好的总结在他的海报里,就是下图,我特意“偷”来,感兴趣的同学可以研究一下


    fig1

    Fig.5: 不同环境下,不同恒星形成停止性质下的模型与观测指示和模拟限制的比较,其中绿色代表比较相容的模型

    延伸阅读:

  • 1. Gonzalez关于SG1120-1201性质的报告介绍 (PPT文件)
  • 2. 本文作者自己关于这个工作的报告,里面有很多没有收录在文章中的插图,和详细的背景知识
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