[논문 리뷰] Stellar Systems in the direction of the Hickson Compact Group 44 - I. Low Surface Brightness Galaxies

A. V. Smith Castelli, F. R. Faifer외 1명|arXiv (Cornell University)|2016. 09. 01.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 45인용 수 11

한 줄 요약

이 연구는 깊은 Gemini-GMOS 이미징을 사용하여 NGC 3193 근처와 히크슨 밀집군 44(HCG 44)에 위치한 두 개의 저표면 밝기(_LSB_)은 갈락시의 광학적 분석을 제시한다. 이 갈락시들은 초가벼운 은하(UDG)와 일치하는 구조적 파라미터를 보이며, 확장된 효과적 반경(0.3–4.5 kpc)과 낮은 표면 밝기(μg′ ≈ 27 mag arcsec⁻²)를 나타내어 일반적인 초기형 은하와는 다를 수 있는 형성 시나리오를 시사한다. 특히 구형별집과의 연관성이 가능하여 고밀도 환경 내 소속 가능성도 제기된다.

ABSTRACT

Context. In spite of the numerous studies of low-luminosity galaxies in different environments, there is still no consensus about their formation scenario. In particular, a large number of galaxies displaying extremely low-surface brightnesses have been detected in the last year, and the nature of these objects is under discussion. Aims. In this paper we report the detection of two extended low-surface brightness (LSB) objects (mueff_g'~27 mag) found, in projection, next to NGC 3193 and in the zone of the Hickson Compact Group (HCG) 44, respectively. Methods. We analyzed deep, high-quality, GEMINI-GMOS images with ELLIPSE within IRAF in order to obtain their brightness profiles and structural parameters. We also search for the presence of globular clusters (GC) in these fields. Results. We have found that, if these LSB galaxies were at the distances of NGC 3193 and HCG 44, they would show sizes and luminosities similar to those of the ultra-diffuse galaxies (UDGs) found in the Coma cluster and other associations. In that case, their sizes would be rather larger than those displayed by the Local Group dwarf spheroidal (dSph) galaxies. We have detected a few unresolved sources in the sky zone occupied by these galaxies showing colors and brightnesses typical of blue globular clusters. Conclusions. From the comparison of the properties of the galaxies presented in this work, with those of similar objects reported in the literature, we have found that LSB galaxies display sizes covering a quite extended continous range (reff ~ 0.3 - 4.5 kpc), in contrast to "normal" early-type galaxies, which shows reff ~ 1.0 kpc with a low dispersion. This fact might be pointing to different formation processes for both types of galaxies.

연구 동기 및 목표

• HCG 44 방향에서 탐지된 두 개의 저표면 밝기(_LSB_) 갈락시의 구조적 및 광학적 성질을 조사하기 위해.
• 이들 LSB 갈락시가 HCG 44와 물리적으로 연관되어 있는지, 아니면 배경/전경 객체인지 평가하기 위해.
• 이들 LSB 갈락시의 영역에서 구형별(GC) 후보를 탐색하여 잠재적 소속성과 형성 역사를 추론하기 위해.
• 기존의 초가벼운 은하(UDG)와 소형 구형은하(dSph)의 구조적 파라미터와 비교하여 형성 시나리오를 탐색하기 위해.

제안 방법

• 두 LSB 갈락시의 표면 밝기 프로파일을 분석하기 위해 깊고 고품질의 GEMINI-GMOS 이미징 데이터를 사용하였다.
• 표면 밝기 프로파일을 추출하고 효과적 반경(re) 및 표면 밝기(μeff)와 같은 구조적 파라미터를 유도하기 위해 IRAF의 ELLIPSE 작업을 적용하였다.
• g′ 대역의 광학적 측정을 통해 빛의 강도와 표면 밝기를 추정하였으며, μeff,g′ ≈ 27 mag arcsec⁻²로 추정되었다.
• LSB 갈락시의 영역에서 파란 구형별의 특징적인 색상과 magnitude를 보이는 비해상체 소스의 존재 여부를 평가하였다.
• 문헌에서 제공된 거리 모듈러스(예: NGC 3193에 대해 34 Mpc)를 가정하여 물리적 치수와 빛의 강도를 추정하였다.
• 기존의 UDG(예: 코마 은하단에서)와 dSph 갈락시와의 비교 분석을 통해 형성 시나리오를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 두 개의 저표면 밝기 갈락시가 HCG 44와 물리적으로 연관되어 있는가, 아니면 배경/전경 객체인가?
• RQ2 HCG 44 또는 NGC 3193의 거리에 있다고 가정할 경우, 이 LSB 갈락시의 구조적 파라미터(효과적 반경, 빛의 강도, 표면 밝기)는 무엇인가?
• RQ3 이들 LSB 갈락시의 영역에 구형별과 일치하는 비가시적 소스가 존재하는가, 그리고 이는 어떤 형성 역사적 의미를 갖는가?
• RQ4 이들 LSB 갈락시의 크기와 구조적 성질은 일반적인 초기형 은하와 초가벼운 은하(UDG)와 어떻게 비교되는가?
• RQ5 관측된 성질들은 특히 현지 형성 또는 tidal 기원 시나리오와 비교할 때 LSB 갈락시의 형성 메커니즘에 대해 무엇을 시사하는가?

주요 결과

• NGC 3193(34 Mpc)의 거리에 있다고 가정할 경우, 두 LSB 갈락시의 효과적 반경은 0.3에서 4.5 kpc 사이로, 초가벼운 은하(UDG)의 크기 범위에 속한다.
• 이 갈락시들은 매우 낮은 표면 밝기(μeff,g′ ≈ 27 mag arcsec⁻²)를 보이며, 초기형 은하 집단의 가장 어두운 부분과 일치한다.
• 두 LSB 갈락시의 영역에서 파란 구형별의 특징적인 색상과 magnitude를 가진 비가시적 소스가 몇 개 발견되어, 잠재적인 GC 시스템이 존재할 가능성이 제기된다.
• LSB 갈락시의 효과적 반경 분포는 일반적인 초기형 은하(re ≈ 1.0 kpc)보다 훨씬 넓은 범위(0.3–4.5 kpc)를 포함하며, 이는 잠재적으로 다른 형성 메커니즘을 시사한다.
• 비가시적 소스들이 확정적으로 구형별로 확인된다면, 갈락시들은 '실패한 빛나는 은하' 시나리오와 일치할 것이지만, 샘플 내에 빨간색 GC가 부재하므로 이는 아닐 가능성이 높다.
• HCG 44와 같은 고밀도 환경에 두 개의 LSB 갈락시가 존재하며, 그룹 총 갈락시 수의 약 33%를 차지하고 있어, Hunsberger 등(1996)이 예측한 바와 같이 이러한 난이한 갈락시의 형성 기원으로서 tidal 기원 시나리오를 지지한다.