[論文レビュー] The properties of the Malin 1 galaxy giant disk: A panchromatic view from the NGVS and GUViCS surveys

S. Boissier, A. Boselli+10 more|Library Open Repository (Universidad Complutense Madrid)|Oct 4, 2016

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 63被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、NGVSおよびGUViCS調査のパンクロマティック画像を用いて、巨大低表面輝度銀河（LSBG）であるマリンド1を分析し、その延長ディスクが長期間にわたる低効率の星形成歴によって形成されたことを明らかにした。データは、マリンド1の特異な巨大さと低表面輝度が、ミルキーウェイに類似したディスクで、角運動量が20倍高いものであるモデルと整合しており、主要な合体やリング起源を伴わない静穏な進化経路に合致している。

ABSTRACT

Low surface brightness galaxies (LSBGs) represent a significant percentage of local galaxies but their formation and evolution remain elusive. They may hold crucial information for our understanding of many key issues (i.e., census of baryonic and dark matter, star formation in the low density regime, mass function). The most massive examples - the so called giant LSBGs - can be as massive as the Milky Way, but with this mass being distributed in a much larger disk. Malin 1 is an iconic giant LSBG, perhaps the largest disk galaxy known. We attempt to bring new insights on its structure and evolution on the basis of new images covering a wide range in wavelength. We have computed surface brightness profiles (and average surface brightnesses in 16 regions of interest), in six photometric bands (FUV, NUV, u, g, i, z). We compared these data to various models, testing a variety of assumptions concerning the formation and evolution of Malin 1. We find that the surface brightness and color profiles can be reproduced by a long and quiet star-formation history due to the low surface density; no significant event, such as a collision, is necessary. Such quiet star formation across the giant disk is obtained in a disk model calibrated for the Milky Way, but with an angular momentum approximately 20 times larger. Signs of small variations of the star-formation history are indicated by the diversity of ages found when different regions within the galaxy are intercompared.For the first time, panchromatic images of Malin 1 are used to constrain the stellar populations and the history of this iconic example among giant LSBGs. Based on our model, the extreme disk of Malin 1 is found to have a long history of relatively low star formation (about 2 Msun/yr). Our model allows us to make predictions on its stellar mass and metallicity.

研究の動機と目的

• 巨大低表面輝度銀河（LSBGS）の形成と進化を理解すること。このクラスの銀河は、バリオン物質およびダークマターの分布に関する重要な手がかりを提供する可能性がある。
• 既知で最も質量の大きなディスク銀河であるマリンド1が、静穏な進化によって形成されたのか、それとも合体やリング形成といった破壊的イベントによって形成されたのかを調査すること。
• 紫外線から近赤外域までの多波長光度測定を用いて、マリンド1の星形成歴および星族の性質を制約すること。
• 標準的なディスク銀河モデルが、特に130 kpcのディスクスケールを特徴とするマリンド1の極端な構造的・光度的性質を再現できるかどうかを検証すること。
• マリンド1の観測された色および表面輝度プロファイルが、顕著な爆発的星形成や外部要因による誘発を伴わない、長期にわたる低レベルの星形成歴と整合するかどうかを評価すること。

提案手法

• NGVS（FUV, NUV, u, g, i, z）およびGUViCS調査から、マリンド1のディスク全域をカバーする深紫外・可視・赤外帯の多バンド光度測定を取得した。
• 銀河全体にわたる16の異なる領域で表面輝度および平均表面輝度プロファイルを計算し、半径方向および方位方向の変動を分析した。
• 観測された光度プロファイルをディスク銀河進化の理論モデルと比較し、角運動量や星形成効率などのパラメータを調整した。
• ミルキーウェイにキャリブレーションされたディスクモデルを用い、20倍高いスピンパラメータを仮定することで、マリンド1の構造的および光度的性質を再現した。
• モデルが観測された色および星族指標（年齢および金属量勾配を含む）とどの程度整合するかを評価した。
• モデル適合および表面輝度解釈を改善するために、マリンド1の傾きを約18°（一般的に想定される40°より低い）と仮定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マリンド1の延長的・低表面輝度ディスクは、主要な破壊的イベントを伴わない静穏な長期間星形成歴によって説明可能か？
• RQ2 マリンド1のディスクサイズおよび表面輝度プロファイルを再現するには、ミルキーウェイに比べてどの程度の角運動量増幅が必要か？
• RQ3 マリンド1のディスク全体にわたる色および表面輝度の変動は、時間的に間歇的か一様な星形成を示唆するか？
• RQ4 以前に提唱されたように、マリンド1にリング銀河や合体イベント由来の証拠は、光度測定から得られるか？
• RQ5 標準的なディスク銀河進化モデルを高角運動量にスケーリングすることで、マリンド1の観測された星族性質をどの程度再現できるか？

主な発見

• マリンド1の延長ディスクは半径130 kpc以上にわたり、宇宙で最も巨大な銀河の候補としての地位を確認した。
• マリンド1の表面輝度および色プロファイルは、ミルキーウェイに比べ20倍高いスピンパラメータを持つモデルで最もよく再現され、極めて高い角運動量を持つディスクであることを示唆している。
• マリンド1における星形成は、長期間にわたり約2 M⊙ yr⁻¹という低く安定したレートで継続的に行われており、静穏な進化歴と整合している。
• リング銀河由来や主要な合体イベントの証拠は得られず、ディスクの形態的・光度的構造は滑らかで、このようなイベントに特徴的な特徴を欠いていた。
• 色および年齢の地域的変動は、星形成が間歇的であることを示唆しており、一部の領域では数億年間にわたる長期間の静穏期を挟んだやや強い爆発的星形成が観測された。
• モデルはマリンド1の星質量および金属量プロファイルを観測と整合的かつ検証可能な範囲で予測しており、将来的な高分解能分光法（例：MUSE）によるテストが可能である。