[논문 리뷰] New insights to the photometric structure of Blue Compact Dwarf Galaxies from deep Near-Infrared studies I. Observations, surface photometry and decomposition of surface brightness profiles

K. G. Noeske, P. Papaderos외 2명|GoeScholar The Publication Server of the Georg-August-Universität Göttingen (Georg-August-Universität Göttingen)|2003. 07. 30.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 103인용 수 62

한 줄 요약

이 연구는 블루 컴팩트 듀얼(BCD)은 각각의 깊은 적외선(NIR) 영상에서 이전에 광학 데이터에서 강한 성년성 폭발 방출에 의해 가려져 있던 확장된 저표면 밝기(LSB) 주변 성간 성분을 드러낸다. 표면 광도 측정과 프로파일 분해를 통해 절반 이상의 샘플에서 유형 V 표면 밝기 프로파일—중앙 강도 저하를 특징으로 하는 것—을 식별하여 기초적인 별 집단의 상당한 구조적 복잡성을 밝혀내며, 저연성 및 난이도 있는 왜소은하의 진화 모델에 영향을 미친다.

ABSTRACT

(shortened) We analyze deep Near Infrared (NIR) broad band images for a sample of Blue Compact Dwarf Galaxies (BCDs), allowing for the quantitative study of their extended stellar low-surface brightness (LSB) host galaxies. NIR surface brightness profiles (SBPs) of the LSB hosts agree at large galactocentric radii with those from optical studies. At small to intermediate radii, however, the NIR data reveal for more than half of our sample a significant flattening of the exponential SBP of the LSB host. Such SBPs ("type V" SBPs, Binggeli & Cameron 1991) have rarely been detected in LSB hosts of BCDs at optical wavelengths, where the relative flux contribution of the starburst is stronger than in the NIR and can hide such central intensity depressions of the LSB host. The structural properties, frequency and physical origin of type V LSB SBPs in BCDs and other dwarf galaxies have not yet been systematically studied. Nevertheless, their occurrence in a significant fraction of BCDs would impose important new constraints to the radial distribution of their stellar mass, and to the photometric fading of BCDs after the termination of star-forming activity. Both a modified exponential (Papaderos et al. 1996a) and the Sersic law give satisfactory empirical descriptions for type V SBPs. However, we argue that the practical applicability of Sersic fits to LSB SBPs of BCDs is limited by, e.g., the extreme sensitivity of the solutions to small SBP uncertainties. Most stellar LSB host galaxies in the sample show optical-NIR colors indicative of evolved stellar populations with subsolar metallicity. Unsharp-masked NIR images and optical-NIR maps reveal numerous morphological details, and cases of non-uniform dust absorption on spatial scales up to ~1 kpc.

연구 동기 및 목표

• 깊은 적외선(NIR) 영상에 의한 블루 컴팩트 듀얼(BCD) 은하의 광학적 구조를 조사하여 기초적인 저표면 밝기(LSB) 별 집단을 밝혀내는 것.
• 강한 성년성 폭발 방출으로 인해 광학 연구에서 LSB 주변이 가려지는 한계를 극복하여, 특히 내부 1–3 개의 지수 스케일 길이 내에서의 LSB 주변을 명확히 하는 것.
• BCD의 LSB 성분에서 관측된 유형 V 표면 밝기 프로파일(평탄한 지수 프로파일)의 빈도, 구조적 특성, 물리적 기원을 체계적으로 분석하는 것.
• 복잡한 표면 밝기 프로파일을 모델링하기 위해 사용되는 경험적 피팅 함수—수정된 지수 함수 및 세르시 법칙—이 BCD 주변 은하에 적합한지 테스트하는 것.
• LSB 주변의 광학-NIR 색소를 유도하여 별 집단의 금속성 및 진화 상태를 추론하고, 킬로파섹 척도에서의 먼지 흠집 패턴을 탐지하는 것.

제안 방법

• ESO NTT 및 칼라 아르토 3.6m 망원경를 사용하여 BCD 샘플의 깊은 밴드 NIR 영상(J, H, K 대역)을 확보하였다.
• NIR 데이터에 표면 광도 측정을 수행하여 대규모 은하 중심 반경까지의 LSB 주변 은하의 표면 밝기 프로파일(SBPs)을 유도하였다.
• 프로파일 분해 기법을 적용하여 성년성 폭발과 LSB 성분을 분리하고 순수 지수 프로파일에서의 이탈을 식별하였다.
• Binggeli & Cameron(1991)의 유형에 따라 SBPs를 분류하였으며, 특히 작은 반경에서 평탄해지는 유형 V 프로파일(중앙 강도 저하를 나타냄)에 초점을 맞추었다.
• LSB 프로파일에 두 가지 모델을 피팅: 수정된 지수 함수(Papaderos 등 1996a) 및 세르시 법칙으로 적합도와 천정 배경 제거 오차에 대한 민감도를 평가하였다.
• NIR 데이터를 광학 데이터와 융합하여 비특이 마스크 영상을 제작하여, 최대 약 ~1 kpc 척도에서의 형태학적 특징과 비균일한 먼지 흡수 패턴을 드러내었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 먼지 흡수와 이온화 기체 방출이 감소하는 적외선 영역에서 관측했을 때, BCD의 저표면 밝기(LSB) 주변 은하의 구조적 형태는 어떠한가?
• RQ2 유형 V 표면 밝기 프로파일(기본적으로 지수 프로파일이지만 중심 강도 저하가 있는 것)은 BCD의 LSB 성분에서 얼마나 자주 발생하는가, 그리고 이는 반경 질량 분포와 광학적 퇴색에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 관측된 NIR 표면 밝기 프로파일은 광학 프로파일과 얼마나 다를까, 그리고 이는 성년성 폭발과 기초적인 별 집단 간의 기여 비율에 대해 어떤 함의를 갖는가?
• RQ4 관측 오차에 민감한 상황에서 복잡한 LSB 프로파일을 더 잘 모델링할 수 있는 경험적 피팅 함수—수정된 지수 함수 또는 세르시 법칙—중 어느 것이 더 강력하고 신뢰할 수 있는가?
• RQ5 LSB 주변 은하의 광학-NIR 색소는 별 집단의 금속성과 진화 상태에 대해 무엇을 드러내며, 킬로파섹 척도에서 비균일한 먼지 흡수 패턴에 대한 증거는 무엇인가?

주요 결과

• 깊은 NIR 영상은 모든 샘플 BCD에서 확장된 저표면 밝기(LSB) 주변 은하를 드러내며, 큰 반경에서의 표면 밝기 프로파일(SBPs)은 지수 감쇠와 일치하고 광학 연구에서의 스케일 길이와 일치한다.
• 샘플 BCD의 절반 이상에서 유형 V 표면 밝기 프로파일—내부 1–3 개의 지수 스케일 길이 내에서 평탄하거나 중심 강도 저하가 있는 것—을 관측하여 기초적인 별 집단의 이전에 숨겨졌던 구조적 복잡성을 밝혀냈다.
• 강한 성년성 폭발 방출로 인해 광학 연구에서는 LSB 성분에서의 유형 V 프로파일 발생 빈도가 흔하지 않지만, NIR에서는 먼지 흡수 감소와 이온화 기체 오염 감소로 인해 감지 가능해진다.
• 수정된 지수 함수(Papaderos 등 1996a)는 유형 V 프로파일에 만족스러운 피팅을 제공하며, 천정 배경 제거 오차 및 SBP 유도 오차에 매우 민감한 세르시 법칙보다 더 강건하다.
• 대부분의 샘플 LSB 주변 은하가 태양 금속성 이하의 진화된 별 집단과 일치하는 광학-NIR 색소를 보이며, Tol 65와 Tol 1214-277는 청색 색소(B–J < 1.3 mag)를 보여 상대적으로 젊거나 금속성이 낮은 집단임을 시사한다.
• 비특이 마스크 NIR 영상에서 ~1 kpc 척도까지의 일관된 밀집 별 군집과 비균일한 먼지 흡수 패턴을 포함한 형태학적 특징이 드러나 복잡한 성년성 역사와 먼지 분포 패턴을 시사한다.