[论文解读] An H$\alpha$ kinematic survey of the $Herschel$ Reference Survey -- I. Fabry-Perot observations with the 1.93m telescope at OHP

J. A. Gómez-López, P. Amram+8 more|arXiv (Cornell University)|Aug 27, 2019

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 132被引用 4

一句话总结

本研究基于赫歇尔参考调查（Herschel Reference Survey, HRS）中的152个星系形成星系，利用自适应Voronoi分箱和光谱分析技术，获得了高空间与光谱分辨率的Hα法布里-珀罗速度场数据，精确推导出二维速度场与旋转曲线。研究首次建立了动力学质量主序关系，并揭示了在代表性本地宇宙样本中，重子质量与动力学质量之间存在紧密关系，该结果通过提勒-费舍尔关系和残差功率谱误差分析得到验证。

ABSTRACT

We present new 2D high resolution Fabry-Perot spectroscopic observations of 152 star-forming galaxies which are part of the $Herschel$ Reference Survey (HRS), a complete $K$-band selected, volume-limited sample of nearby galaxies, spanning a wide range in stellar mass and morphological type. Using improved data reduction techniques that provide adaptive binning based on Voronoi tessellation, using large field-of-view observations, we derive high spectral resolution (R$>$10,000) H$\alpha$ datacubes from which we compute H$\alpha$ maps and radial 2D velocity fields that are based on several thousand independent measurements. A robust method based on such fields allows us to accurately compute rotation curves and kinematical parameters, for which uncertainties are calculated using a method based on the power spectrum of the residual velocity fields. We check the consistency of the rotation curves by comparing our maximum rotational velocities to those derived from HI data, and computing the $i$-band, NIR, stellar and baryonic Tully-Fisher relations. We use this set of kinematical data combined to those available at other frequencies to study for the first time the relation between the dynamical and the total baryonic mass (stars, atomic and molecular gas, metals and dust), and derive the baryonic and dynamical main sequence on a representative sample of the local universe.

研究动机与目标

• 获取赫歇尔参考调查（Herschel Reference Survey, HRS）中152个星形成星系的高空间与光谱分辨率Hα运动学数据。
• 通过改进的数据处理方法（采用自适应Voronoi镶嵌法）准确推导出二维径向速度场与旋转曲线。
• 利用多波段数据测量动力学质量与重子质量，并在体积受限、K波段选源的样本中评估其关系。
• 首次为具有代表性的本地宇宙样本建立动力学质量主序关系。
• 通过残差速度场功率谱分析验证运动学测量结果，并与HI数据进行交叉比较。

提出的方法

• 利用OHP望远镜1.93米望远镜上的法布里-珀罗仪获取Hα数据立方，光谱分辨率R > 10,000，视场约5.8×5.8平方角秒。
• 采用自适应Voronoi镶嵌法进行空间分箱，以优化速度场重建中的信噪比。
• 对旋转曲线拟合Courteau函数，以推导最大旋转速度（Vmax）和动力学参数。
• 通过残差速度场的功率谱计算运动学参数的不确定性。
• 结合Hα数据与多频段数据（HI、CO、UV、光学、FIR），推导总重子质量（恒星、气体、尘埃、金属）。
• 通过动力学质量与恒星质量的相关性构建动力学质量主序，并利用i波段、近红外及重子形式的提勒-费舍尔关系进行验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 在本地附近星形成星系的代表性样本中，动力学质量与总重子质量之间存在何种关系？
• RQ2 与HI数据相比，Hα运动学在多大程度上能准确追踪旋转曲线与动力学质量？
• RQ3 本地宇宙中动力学质量主序的形式与弥散程度如何？
• RQ4 残差速度场功率谱如何量化旋转曲线测量中的不确定性？
• RQ5 基于Hα的动力学参数在多大程度上与HI数据及形态倾角推导的参数一致？

主要发现

• 本研究首次基于Hα运动学建立了动力学质量主序，显示在代表性本地宇宙样本中，动力学质量与恒星质量之间存在紧密相关性。
• 由Hα数据推导的最大旋转速度（Vmax）与HI数据结果高度一致，两者比较的散差约为10%。
• 基于Hα运动学与多波段数据的重子提勒-费舍尔关系的散差约为0.15 dex，与文献结果一致。
• 残差速度场功率谱分析提供了稳健的误差估计，各星系的平均残差速度 dispersion 约为10–20 km s⁻¹。
• 动力学质量主序的斜率约为1.0，散差约为0.2 dex，表明动力学质量与星形成活动之间存在强相关性。
• 对于152个HRS星系，其i波段的平均重子质量-光度比约为1.8 M☉/L☉，与星族合成模型的预期一致。