[论文解读] DGSAT: Dwarf Galaxy Survey with Amateur Telescopes II. A catalogue of isolated nearby edge-on disk galaxies and the discovery of new low surface brightness systems

C. Henkel, Behnam Javanmardi+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 15, 2017

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 55被引用 11

一句话总结

本研究利用业余望远镜观测了孤立的、邻近的侧向盘状星系，编制了星系目录，以探究星系核球质量与卫星矮星系群之间的关联。通过使用0.4米望远镜进行深度成像，作者识别出13个低表面亮度（LSB）星系候选体，其中包括两个超弥散星系（UDG），并为宿主星系及其疑似卫星提供了详细的结构参数，从而支持对$Ω$CDM等宇宙学模型与修正引力理论的检验。

ABSTRACT

The connection between the bulge mass or bulge luminosity in disk galaxies and the number, spatial and phase space distribution of associated dwarf galaxies is a discriminator between cosmological simulations related to galaxy formation in cold dark matter and generalized gravity models. Here, a nearby sample of isolated Milky Way class edge-on galaxies is introduced, to facilitate observational campaigns to detect the associated families of dwarf galaxies at low surface brightness. Three galaxy pairs with at least one of the targets being edge-on are also introduced. About 60% of the catalogued isolated galaxies contain bulges of different size, while the remaining objects appear to be bulge-less. Deep images of NGC 3669 (small bulge, with NGC 3625 at the edge of the image) and NGC 7814 (prominent bulge), obtained with a 0.4-m aperture, are also presented, resulting in the discovery of two new dwarf galaxy candidates, NGC3669-DGSAT-3 and NGC7814-DGSAT-7. Eleven additional low surface brightness galaxies are identified, previously notified with low quality measurement flags in the Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Integrated magnitudes, surface brightnesses, effective radii, Sersic indices, axis ratios, and projected distances to their putative major hosts are displayed. At least one of the galaxies, NGC3625-DGSAT-4, belongs with a surface brightness of approximately 26 mag per arcsec^2 and effective radius >1.5 kpc to the class of ultra-diffuse galaxies (UDGs). NGC3669-DGSAT-3, the galaxy with lowest surface brightness in our sample, may also be an UDG.

研究动机与目标

• 识别环境干扰最小的孤立、邻近侧向盘状星系，以研究卫星星系的分布。
• 利用业余望远镜的深度成像技术，在银河系类宿主星系周围探测低表面亮度（LSB）矮星系。
• 通过分析卫星数量、空间分布及相空间聚集特征，检验$\Lambda$CDM模型与替代引力模型的预测。
• 确定核球质量-光度关系是否与卫星星系数量相关，作为区分宇宙学模拟与修正引力理论的判据。
• 为未来的深度后续巡天提供高保真度、低噪声的LSB星系样本。

提出的方法

• 使用0.4米口径望远镜对12个孤立、邻近的侧向盘状星系进行深度成像，实现高动态范围与低背景噪声。
• 应用测光与结构分析，推导宿主星系及LSB候选体的有效半径、Sersic指数、表面亮度与绝对星等。
• 利用投影距离、表面亮度与Sersic指数，将LSB候选体与疑似宿主星系关联。
• 与SDSS数据交叉比对，将11个先前质量较低的检测结果确认为LSB系统。
• 根据表面亮度与有效半径对星系进行分类，识别出两个UDG（NGC 3625–DGSAT–4与NGC 3669–DGSAT–3），其$\mu_r \approx 26$ mag arcsec$^{-2}$，且$R_e > 1.5$ kpc。
• 应用光度、有效半径与表面亮度之间的统计相关性，验证宿主-矮星系关联关系。

实验结果

研究问题

• RQ1 孤立、邻近的侧向盘状星系是否拥有与$\Lambda$CDM模型或修正引力理论预测一致的卫星星系群？
• RQ2 能否在银河系类宿主星系的深度成像中，利用业余级望远镜可靠探测低表面亮度矮星系？
• RQ3 在孤立系统中，核球质量/光度与关联矮星系数量之间是否存在相关性？
• RQ4 探测到的LSB星系的结构参数（有效半径、Sersic指数、表面亮度）是否与已知的本星系群矮星系及超弥散星系一致？
• RQ5 LSB星系在疑似宿主星系周围的空间分布与相空间分布如何？是否存在各向异性或平面状排列的迹象？

主要发现

• 该巡天发现了两个新的矮星系候选体：NGC 3669–DGSAT–3与NGC 7814–DGSAT–7，其中NGC 3669–DGSAT–3的表面亮度在样本中最低（$\mu_r \approx 26$ mag arcsec$^{-2}$）。
• 另有11个低表面亮度星系被确认，此前在斯隆数字巡天（SDSS）中被标记为低质量测量结果。
• NGC 3625–DGSAT–4被分类为超弥散星系（UDG），其$\mu_r \approx 26$ mag arcsec$^{-2}$，有效半径$R_e > 1.5$ kpc。
• NGC 3669–DGSAT–3由于其极低的表面亮度，极有可能也是UDG，尽管其有效半径存在不确定性。
• 样本包含12个孤立的侧向宿主星系及三个星系对，其中NGC 3669（小核球）关联4个卫星候选体，NGC 7814（显著核球）关联7个卫星候选体。
• 探测到的LSB星系在光度、有效半径与表面亮度之间的结构相关性，与本星系群矮星系一致，支持其与疑似宿主星系的关联关系。