[論文レビュー] The Westerbork HI Survey of spiral and irregular galaxies III: HI observations of early-type disk galaxies

E. Noordermeer, van der Thijs Hulst+3 more|ArXiv.org|Aug 15, 2005

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 64被引用数 105

ひとこと要約

本研究では、WHISP調査の一部として68個の初期型円盤銀河（S0からSab）のH i観測を行い、Sa/Sab銀河の平均M_HI/L_Bは-0.62±0.44、S0/S0a銀河の平均は-0.50±0.40であり、H i Contentに顕著なばらつきが見られた。後期型スパイラル銀河よりも低い平均H i表面密度を示すが、多くの銀河で星形成と一致するリング状のH i構造が観測され、低ガス密度下での未知の制御機構の存在を示唆している。一方、非対称な形状は一般的であり、相互作用と関連している。

ABSTRACT

We present HI observations of 68 early-type disk galaxies from the WHISP survey. They have morphological types between S0 and Sab and absolute B-band magnitudes between -14 and -22. These galaxies form the massive, high surface-brightness extreme of the disk galaxy population, few of which have been imaged in HI before. The HI properties of the galaxies in our sample span a large range; the average values of M_HI/L_B and D_HI/D_25 are comparable to the ones found in later-type spirals, but the dispersions around the mean are larger. No significant differences are found between the S0/S0a and the Sa/Sab galaxies. Our early-type disk galaxies follow the same HI mass-diameter relation as later-type spiral galaxies, but their effective HI surface densities are slightly lower than those found in later-type systems. In some galaxies, distinct rings of HI emission coincide with regions of enhanced star formation, even though the average gas densities are far below the threshold of star formation derived by Kennicutt (1989). Apparently, additional mechanisms, as yet unknown, regulate star formation at low surface densities. Many of the galaxies in our sample have lopsided gas morphologies; in most cases this can be linked to recent or ongoing interactions or merger events. Asymmetries are rare in quiescent galaxies. Kinematic lopsidedness is rare, both in interacting and isolated systems. In the appendix, we present an atlas of the HI observations: for all galaxies we show HI surface density maps, global profiles, velocity fields and radial surface density profiles.

研究の動機と目的

• 初期型円盤銀河（S0からSab）のH i特性を調査すること。これらは質量が大きく、表面輝度が高いが、H i調査においては未だに代表されていない。
• これらの銀河におけるH i質量対光度比、H i直径、表面密度分布を測定し、後期型スパイラル銀河と比較すること。
• H i形態、運動学、星形成活動との関連を調査し、特にKennicutt（1989）の星形成閾値未満の領域における関係を明らかにすること。
• 相互作用や合体が初期型円盤銀河のH i分布および運動学に果たす役割を特定すること。

提案手法

• H iデータは、WHISP調査の一環としてWesterbork合成電波望遠鏡（WSRT）を用いて収集された。観測対象は、Bバンド絶対等級が-14から-22の銀河である。
• データ還元にはキャリブレーション、画像化、ビームの逆合成処理を実施し、H i表面密度マップ、速度場、半径方向表面密度プロファイルを生成した。
• H i特性は、1 M⊙ pc⁻²（D_HI）および25 Bマグヌード・アーセクセンドの等高線（D_25）を用いた等高線解析により測定され、R_HI内での有効H i表面輝度が算出された。
• 運動学的および形態的非対称性、特に形態的および速度場における非対称性（lopsidedness）を評価し、相互作用の痕跡を特定した。
• 付録のアトラスには、全68個の銀河についてのH i表面密度マップ、グローバルプロファイル、速度場、半径方向表面密度分布が収録されている。
• S0/S0aとSa/Sabのサブサンプル間で統計的比較を行い、後期型スパイラル銀河と比較した結果をベンチマークした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 初期型円盤銀河におけるH i質量対光度比（M_HI/L_B）の範囲と平均は何か？また、後期型スパイラル銀河と比較してどうなるか？
• RQ2 初期型円盤銀河におけるH i直径（D_HI）と光学的直径（D_25）の関係は何か？これは後期型スパイラル銀河と同等の関係を示すか？
• RQ3 初期型円盤銀河における有効H i表面輝度は、後期型スパイラル銀河よりも系統的に低いか？これはガス分布にどのような意味を持つのか？
• RQ4 なぜ一部の銀河では、ガス密度がKennicutt（1989）の星形成閾値未満であるにもかかわらず、H iリング領域で星形成が強化されているのか？
• RQ5 初期型円盤銀河における非対称なH i形態および運動学的非対称性は、最近のまたは進行中の相互作用や合体とどの程度関連しているのか？

主な発見

• Sa/Sab銀河の平均M_HI/L_Bは-0.62±0.44、S0/S0a銀河の平均は-0.50±0.40であり、H i含量に広範なばらつきが示され、最もガスを多く含む銀河は、最もガスが少ない銀河に比べて単位光度あたり約100倍のH iを有している。
• Sa/Sab銀河の平均D_HI/D_25比は1.72±0.70、S0/S0a銀河では2.11±0.70であり、後期型スパイラル銀河と同等の値を示すが、分散は大きい。
• Sa/Sab銀河の平均有効H i表面輝度（⟨Σ_HI⟩_R_HI）は2.8±0.8、S0/S0a銀河では2.9±1.4であり、後期型スパイラル銀河よりもわずかに低い。
• 規則的な回転するH iディスクを示すすべての銀河で、中心部にガスの欠損または切断（ガス枯渇）を示す空洞または低密度領域が観測された。
• 数個の銀河で、明確な軸対称なH iリングが観測され、ガスの過剰密度が星形成の強化と一致していた。しかし、ガス密度はKennicutt（1989）の星形成閾値をはるかに下回っており、未知の制御機構が存在する可能性を示唆している。
• 非対称なH i形態は一般的であり、多くが最近のまたは進行中の相互作用に関連している。一方、運動学的非対称性は稀であり、相互作用を示す銀河でさえも同様であった。これは、形態的非対称性が運動学的摂動よりも、潮汐力に直接的に関連している可能性を示唆している。