[논문 리뷰] The Cometary Blue Compact Dwarf Galaxies Mkn 59 and Mkn 71: Clues to Dwarf Galaxy Evolution?

K. G. Noeske, N. G. Guseva외 4명|arXiv (Cornell University)|2000. 07. 11.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 깊은 스펙트로포토메트리와 HST 이미징을 사용하여 별집합 블루 컴팩트 저질량은하(Mkn 59 및 Mkn 71)를 분석하여 주변 은하의 구조 및 별폭발 특성을 탐구한다. 연구 결과, 이들의 저면적 밝기 주변은형은 일반적인 iE/nE BCDs보다 훨씬 어린 약 ~2 Gyr로 밝혀졌으며, 금속 혼합 효율이 높고 중간 수준의 구조적 특성을 보이며, 이는 별집합 BCDs가 젊은 i0 BCDs와 고전적인 iE/nE BCDs 사이의 별도의 진화 단계일 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

"Cometary" Blue Compact Dwarf Galaxies (iI,C BCDs) are characterized by off-center starbursts close to the end of an elongated dwarf irregular (dI)-like host galaxy. This may either represent randomly enhanced star-forming activity of a dI, or may be caused by a set of special properties of such systems or their environment. For a first investigation of this issue, we analyse the nearby iI,C BCDs Markarian 59 and Markarian 71. Using deep ground-based spectrophotometric data and HST images, we derive physical properties, structure and ages of the starburst regions and the underlying stellar host galaxies. The metallicities show small scatter in the vicinity of the star-forming regions and along the major axis of Mrk 59 which suggests effective mixing of heavy elements on kpc scales. The surface brightness profiles of the underlying host galaxies in either iI,C BCD show an exponential decay with a central surface brightness and scale length that are intermediate between typical iE/nE BCDs and dIs. Spectral population synthesis models in combination with colour magnitude diagrams and colour profiles yield most likely formation ages of ~2 Gyr for the host galaxies in both iI,C BCDs, with upper limits of ~4 Gyr for Mrk 59 and ~3 Gyr for Mrk 71, i.e. significantly lower than the typical age of several Gyr derived for the host galaxies of iE/nE BCDs. These findings raise the question whether iI,C systems form a distinct class within BCDs with respect to the age and structure of their hosts, or whether they represent an evolutionary stage connecting young i0 BCDs and "classical" iE/nE BCDs. Properties of analogous objects studied in the local universe and at medium redshifts provide some support for this evolutionary hypothesis.

연구 동기 및 목표

• 저면적 밝기(LSB) 주변은형의 연령과 구조적 특성을 규명하기 위해, 중심에서 떨어진 별폭발을 보이는 희귀한 체계인 별집합 블루 컴팩트 저질량은하(iI,C BCDs)에서 수행한다.
• iI,C BCDs의 형태학적 비정상성이 내재된 물리적 특성에 기인한 것인지, 아니면 임의적 과정에 기인한 것인지 평가한다.
• 별폭발 영역과 주변은형의 주축을 따라 금속성 분포 및 혼합 효율성을 조사한다.
• iI,C BCDs가 고유의 클래스인지, 아니면 젊은 i0 BCDs와 고전적인 iE/nE BCDs를 연결하는 진화 단계인지 평가한다.

제안 방법

• Mkn 59와 Mkn 71의 고역폭 표면 밝기 프로파일(SBPs)을 확보하기 위해 지상 기반 깊은 스펙트로포토메트리와 HST 이미징을 사용하였다.
• 별폭발 및 LSB 주변은형 성분을 분리하기 위해 프로파일 분해 방법을 적용하였으며, Hα 및 색상 맵을 사용하여 반경 범위를 확인하였다.
• 장선형 스펙트로스코피를 사용하여 이온화된 가스 방출을 측정하였고, 이를 반경적으로 반경측 모델링하여 기저 스펙트럼 연속체를 분리하였다.
• 슬릿의 여러 위치에서 스펙트럼 인구 합성 모델링을 적용하여 기저 스펙트럼 인구의 연령과 금속성을 유도하였다.
• 산소 농도는 방출선 분석을 통해 측정하였으며, 금속성 기울기를 평가하여 혼합 효율성을 추론하였다.
• 결과를 다른 알려진 별집합 BCDs와 비교하여 일관성과 진화 가설의 타당성을 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 별집합 BCDs의 저면적 밝기 주변은형은 고전적인 iE/nE BCDs보다 유의미하게 어린가요?
• RQ2 iI,C BCDs의 중심에서 떨어진 별폭발 형태는 주변은형의 구조적 및 연령적 특성과 상관이 있나요?
• RQ3 iI,C BCDs의 주변은형에서 수 킬로파섹 규모로 금속성 기울기가 작게 유지될 정도로 금속 혼합이 충분히 효율적인가요?
• RQ4 iI,C BCDs 주변은형의 구조적 및 연령적 특성이 dI/dE와 iE/nE BCDs 사이의 잠재적 진화 순서에서 중간 위치에 있는가요?
• RQ5 iI,C BCDs의 형태학적 비정상성은 임의적 사건이 아닌 내재된 물리적 과정에 의해 설명될 수 있나요?

주요 결과

• Mkn 59와 Mkn 71의 LSB 주변은형의 각도 평균 반경 강도 프로파일은 일반적인 iE/nE BCDs와 난류은하 사이의 중간 수준의 중심 표면 밝기 및 스케일 길이를 가지며, 지수 법칙으로 잘 근사된다.
• 스펙트럼 인구 합성 모델링 결과, LSB 주변은형의 가장 가능성이 높은 형성 연령은 약 ~2 Gyr이며, Mkn 59의 경우 상한은 약 ~4 Gyr, Mkn 71의 경우 약 ~3 Gyr이다.
• 산소 평균 농도는 Mkn 59에서 12+log(O/H) = 8.0 (1/8 Z☉), Mkn 71에서 12+log(O/H) = 7.8 (1/14 Z☉)로, BCDs의 일반적인 수준이지만 별폭발 영역과 주축을 따라 작은 산란(~0.2 dex)을 보인다.
• 작은 금속성 산란은 두 시스템 모두 수 킬로파섹 규모에서 무거운 원소의 효율적 혼합을 시사한다.
• 가용 데이터가 있는 추가 5개의 별집합 BCDs는 유사한 구조적 및 연령적 특성을 보이며, iI,C 형태의 공통된 물리적 기원을 지지한다.
• 이러한 결과는 iI,C BCDs가 젊은 i0 BCDs와 고전적인 iE/nE BCDs 사이의 별도의 진화 단계일 수 있으며, 임의적 현상이 아니라는 것을 시사한다.