[논문 리뷰] The Westerbork HI Survey of spiral and irregular galaxies III: HI observations of early-type disk galaxies

E. Noordermeer, van der Thijs Hulst외 3명|ArXiv.org|2005. 08. 15.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 64인용 수 105

한 줄 요약

이 연구는 WHISP 조사의 일환으로 68개의 초기형 디스크은하(S0에서 Sab까지)의 H i 관측을 통해 평균 M_HI/L_B가 Sa/Sab은하의 경우 -0.62±0.44, S0/S0a은하의 경우 -0.50±0.40로 다양하게 변동하는 H i 함량을 규명하였다. 후기형 나선은하보다 낮은 평균 H i 표면 밀도를 보이지만, 많은 은하에서 별 형성과 일치하는 고리 형태의 H i 구조를 관측하여 저기체 밀도에서 알려지지 않은 조절 메커니즘이 존재할 가능성을 시사한다. 또한 비대칭적인 형태는 흔하며 상호작용과 관련이 있다.

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.

연구 동기 및 목표

• 초기형 디스크은하(S0에서 Sab까지)의 H i 성질을 조사하기 위해, 다수의 H i 조사에서 미처 다루어지지 않은 고질량, 고표면 밀도 시스템을 대상으로 한다.
• 이들 은하의 H i 질량-광도 비율, H i 지름, 표면 밀도 분포를 측정하고 후기형 나선은하와 비교한다.
• 특히 Kennicutt(1989)의 별 형성 임계값 이하의 영역에서 H i 형태, 운동학, 별 형성 활동 간의 연관성을 탐색한다.
• 상호작용과 융합이 초기형 디스크의 H i 분포와 운동학에 미치는 영향을 규명한다.

제안 방법

• H i 데이터는 WHISP 조사의 일환으로 웨스터보르 합성 전파망원경(WSRT)을 사용하여 수집하였으며, 절대 B-대역 등급이 -14에서 -22 사이인 은하를 대상으로 하였다.
• 데이터 처리에는 캘리브레이션, 이미징, 빔 분해를 포함하여 H i 표면 밀도도, 속도장, 반경 방향 표면 밀도 프로파일을 생성하였다.
• H i 성질은 1 M⊙ pc⁻²( D_HI) 및 25 B-mag arcsec⁻²( D_25)의 등고선을 이용하여 측정하였으며, R_HI 내에서 효과적 H i 표면 빛의 밝기를 계산하였다.
• 운동학적 및 형태적 비대칭성, 특히 형태와 속도장 양쪽에서의 비대칭성(lopsidedness)을 평가하여 상호작용의 징후를 식별하였다.
• 부록의 애트라스에는 모든 68개 은하의 H i 표면 밀도도, 전반적 프로파일, 속도장, 반경 방향 표면 밀도 분포가 포함되어 있다.
• S0/S0a와 Sa/Sab 하위표본 간 통계적 비교를 실시하였으며, 결과는 후기형 나선은하와의 기준 비교를 위해 사용되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 초기형 디스크은하에서 H i 질량-광도 비율(M_HI/L_B)의 범위와 평균은 무엇이며, 후기형 나선은하와 비교해 어떻게 다를까?
• RQ2 초기형 디스크에서 H i 지름(D_HI)과 옵티컬 지름(D_25)의 관계는 어떻게 되며, 이 관계는 후기형 나선은하와 일치하는가?
• RQ3 초기형 디스크에서 효과적 H i 표면 밀도는 후기형 나선은하보다 체계적으로 낮은가? 이는 가스 분포에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ4 왜 일부 은하는 H i 밀도가 Kennicutt(1989)의 별 형성 임계값 이하임에도 불구하고 H i 고리에서 별 형성이 증가해 나타나는가?
• RQ5 초기형 디스크에서 비대칭적인 H i 형태와 운동학적 비대칭성은 최근 또는 진행 중인 상호작용 또는 융합과 어느 정도 관련이 있는가?

주요 결과

• Sa/Sab 은하의 평균 M_HI/L_B는 -0.62±0.44, S0/S0a 은하의 경우 -0.50±0.40로 나타나 H i 함량의 광범위한 변동성을 보이며, 가장 가스가 많은 시스템은 가장 가스가 적은 시스템보다 단위 빛의 양에 비해 약 100배 더 많은 H i를 포함한다.
• Sa/Sab 은하의 평균 D_HI/D_25 비율은 1.72±0.70, S0/S0a 은하의 경우 2.11±0.70로 후기형 나선은하와 유사하지만 분산이 더 크다.
• Sa/Sab 은하의 평균 효과적 H i 표면 밀도(⟨Σ_HI⟩_R_HI)는 2.8±0.8, S0/S0a 은하의 경우 2.9±1.4로 후기형 나선은하보다 略적으로 낮다.
• 정상적인 회전하는 H i 디스크를 보이는 모든 은하에서 중심부에 구멍 또는 저하된 영역이 관측되어 내부 영역의 가스 감소 또는 절단을 시사한다.
• 몇몇 은하에서는 축대칭적인 H i 고리가 명확히 나타나 있으며, 이는 가스 과잉 밀도가 별 형성 증가와 일치하지만, 가스 밀도는 Kennicutt(1989)의 별 형성 임계값보다 훨씬 낮다. 이는 알려지지 않은 조절 메커니즘이 존재할 가능성을 시사한다.
• 비대칭적인 H i 형태는 흔하며 일반적으로 최근 또는 진행 중인 상호작용과 관련이 있다. 반면 운동학적 비대칭성은 흔치 않으며, 상호작용 시스템에서도 드물게 관측된다. 이는 형태적 비대칭성이 운동학적 교란보다 훨씬 직접적으로 tidal 힘과 연관되어 있음을 시사한다.