[论文解读] Low Surface Brightness Galaxies around the HDF-S: II. Distances and volume densities

L. Haberzettl, D. J. Bomans+1 more|ArXiv.org|Jul 3, 2007

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 30被引用 7

一句话总结

本研究通过光谱观测证实，在哈勃深空场南区（HDF-S）周围约70%的光度选别的低表面亮度（LSB）星系候选体为真实的LSB星系，其红移测得的距离可用于校正宇宙学消光效应。结果表明，中心表面亮度分布平坦延伸至27 B mag arcsec⁻²，支持LSB星系作为本地星系群体的主要组成部分，具有独特的恒星族群和低金属丰度。

ABSTRACT

With this study we aim at the spectroscopic verification of a photometrically selected sample of Low Surface Brightness (LSB) galaxy candidates in a field around the Hubble Deep Field-South (HDF-S). The sample helps to extend the parameter space for LSB galaxies to lower central surface brightnesses and to provide better estimates on the volume densities of these objects. To derive redshifts for the LSB candidates, long-slit spectra were obtained covering a spectral range from 3400Å to 7500Å. The observations have been obtained using the ESO 3.6m telescope, equipped with the EFOSC2 spectrograph. From the measured radial velocities, distances could be estimated. With this distance information, it is possible to differentiate between true LSB galaxies and higher redshift High Surface Brightness (HSB) galaxies which may contaminate the sample. A correction for the surface brightnesses can then be applied, accounting for the cosmological dimming effect (``Tolman Dimming''). We show that ~70% of the LSB candidates, selected based on their location in the color-color space, are real LSB galaxies. Their position in the color-color diagrams, therefore, indicate that the LSB galaxies have a different stellar population mix resulting from a different star formation history compared to HSBs. Our LSB galaxy sample consists only of large disk galaxies with scale-length between 2.5kpc and 7.3kpc. We confirm the flat central surface brightness distribution of previous surveys and extend this distribution down to central surface brightnesses of 27 B mag arcsec^-2.

研究动机与目标

• 通过光谱观测验证HDF-S区域光度选别的低表面亮度（LSB）星系候选体，以区分其与高红移高表面亮度（HSB）星系的污染源。
• 估算距离并校正Tolman消光效应，以获得准确的物理参数和表面亮度。
• 通过颜色和氧丰度研究LSB星系的恒星族群特性。
• 确定LSB星系的体积密度，并评估其对本地星系群体的贡献。

提出的方法

• 使用欧洲南方天文台3.6米望远镜及EFOSC2仪器进行长缝光谱观测，波段覆盖3400–7500 Å，以测量径向速度和红移。
• 利用红移估算光度距离，并对观测到的表面亮度进行宇宙学消光（Tolman消光）校正。
• 利用颜色-颜色图（B−R、B−V、U−B）分析LSB星系与HSB星系在恒星族群上的差异。
• 应用强线法并采用McGaugh（1991）的校准，估算五颗确认的LSB星系中的氧丰度。
• 结合光度和光谱数据，推导星系的尺度长度和绝对星等，以表征其物理尺寸和光度。
• 与以往调查结果进行比较，评估一致性并进一步将表面亮度分布延伸至更低值。

实验结果

研究问题

• RQ1 在HDF-S区域周围，光度选别的LSB候选体中，有多少比例是真正的低表面亮度星系，而非高红移的HSB污染源？
• RQ2 LSB星系的恒星族群特性（由其颜色反映）与HSB星系有何不同？
• RQ3 LSB星系的中心表面亮度分布如何？其分布是否在极低值（如μ₀ = 27 B mag arcsec⁻²）仍保持平坦？
• RQ4 确认的LSB星系的氧丰度和推断的年龄如何？它们与蓝色颜色和低金属丰度的关系是什么？
• RQ5 LSB星系的体积密度与以往调查相比如何？它们在本地星系群体中占多大比例？

主要发现

• 约70%的光度选别的LSB候选体通过光谱红移测量被证实为真实的低表面亮度星系。
• LSB星系的中心表面亮度分布平坦延伸至27 B mag arcsec⁻²，扩展了以往调查的结果。
• LSB星系表现出蓝色的B−R和B−V颜色，以及红色的U−B颜色，表明其恒星族群较年轻、金属丰度较低，且缺乏强的古老恒星成分。
• 样本中氧丰度范围为太阳丰度的0.1至0.5倍，支持存在年轻、未演化的恒星族群。
• 该样本由大尺寸盘状星系组成，尺度长度在2.5至7.3 kpc之间，绝对B星等在−18.67至−16.90 mag之间，表明其并非矮星系。
• LSB星系的体积密度与以往调查一致，表明其可能占本地星系群体的60%左右，尤其是在富含气体的盘状星系中。