[论文解读] SDSS-IV MaNGA: Spatial Evolution of Star Formation Triggered by Galaxy Interactions

Hsi An Pan, Lihwai Lin+13 more|Lume (Universidade Federal do Rio Grande do Sul)|Jul 10, 2019

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 1被引用 14

一句话总结

本研究利用SDSS-IV MaNGA积分场光谱数据，绘制了星系并合序列中由星系相互作用触发的恒星形成（SF）的空间演化。研究发现，相互作用引发的恒星形成增强不仅局限于星系中心，还向外延伸至约6.7 kpc，中心区域增强最为显著，并持续存在于远拱点和并合阶段，挑战了传统上认为星暴集中于中心区域的观点。

ABSTRACT

Galaxy interaction is considered a key driver of galaxy evolution and star formation (SF) history. In this paper, we present an empirical picture of the radial extent of interaction-triggered SF along the merger sequence. The samples under study are drawn from the integral field spectroscopy (IFS) survey SDSS-IV MaNGA, including 205 star-forming galaxies in pairs/mergers and ~1350 control galaxies. For each galaxy in pairs, the merger stage is identified according to its morphological signatures: incoming phase, at first pericenter passage, at apocenter, in merging phase, and in final coalescence. The effect of interactions is quantified by the global and spatially resolved SF rate relative to the SF rate of a control sample selected for each individual galaxy ($Δ$logSFR and $Δ$logsSFR(r), respectively). Analysis of the radial $Δ$logsSFR(r) distributions shows that galaxy interactions have no significant impact on the $Δ$logsSFR(r) during the incoming phase. Right after the first pericenter passage, the radial $Δ$logsSFR(r) profile decreases steeply from enhanced to suppressed activity for increasing galactocentric radius. Later on, SF is enhanced on a broad spatial scale out to the maximum radius we explore (~6.7 kpc) and the enhancement is in general centrally peaked. The extended SF enhancement is also observed for systems at their apocenters and in the coalescence phase, suggesting that interaction-triggered SF is not restricted to the central region of a galaxy. Further explorations of a wide range in parameter space of merger configurations (e.g., mass ratio) are required to constrain the whole picture of interaction-triggered SF.

研究动机与目标

• 利用空间分辨数据，研究星系并合序列中相互作用触发的恒星形成在径向上的分布特征。
• 确定星系相互作用引发的恒星形成增强是否局限于中心区域，或是否延伸至更大半径。
• 量化不同并合阶段下恒星形成率（SFR）和单位质量恒星形成率（sSFR）相对于对照星系的演化情况。
• 评估孔径效应在传统巡天中对SFR测量的影响，尤其考虑到径向SFR的变化。
• 探讨并合构型（如质量比、气体含量）在塑造空间SFR分布中的作用，呼吁未来开展多波段研究。

提出的方法

• 利用SDSS-IV MaNGA巡天的积分场光谱（IFS）数据，研究205对相互作用的、正在形成恒星的星系。
• 基于形态学特征对并合阶段进行分类：接近阶段、首次近拱点阶段、远拱点阶段、并合阶段和共存阶段。
• 将空间分辨的恒星形成率（SFR）和单位质量恒星形成率（sSFR）与质量与红移相匹配的对照星系进行比较。
• 计算Δlog sSFR(r)的径向分布，以量化相对于对照星系的空间分辨SFR增强或抑制程度。
• 应用孔径校正分析，评估光纤尺寸和物理覆盖范围对测量SFR增强的影响。
• 采用统计分析识别并合序列中SFR演化的趋势，重点关注径向范围和中心集中度。

实验结果

研究问题

• RQ1 在星系相互作用的不同阶段，恒星形成的径向分布如何变化？
• RQ2 由相互作用触发的恒星形成是否主要局限于中心区域，还是延伸至更大的星系中心半径？
• RQ3 SFR增强的幅度如何随星系中心半径变化，这对基于孔径的SFR测量有何影响？
• RQ4 SFR增强的空间范围是否持续存在于后期并合阶段（如远拱点和共存阶段），还是具有瞬时性？
• RQ5 除了气体流入之外，还有哪些物理机制可解释相互作用系统中恒星形成的扩展？

主要发现

• 在接近阶段，星系相互作用对Δlog sSFR(r)无显著影响，表明无即时的径向SFR响应。
• 首次近拱点通过后，大半径区域SFR被抑制，而中心区域SFR增强，表现为Δlog sSFR(r)的陡峭径向下降。
• 在后期阶段（远拱点和共存阶段），SFR增强向外延伸至约6.7 kpc，且增强峰值位于中心区域。
• SFR增强的扩展表明，由相互作用触发的恒星形成并非局限于星核，挑战了经典“核区星暴”的观点。
• 随着物理光纤孔径尺寸增大，SFR增强程度降低，这是由于宁静盘区的稀释所致，凸显了传统基于孔径的SFR测量的局限性。
• 未来研究需进一步探讨并合构型（如质量比、湿并合与干并合）及星际介质（ISM）特性在塑造空间SFR分布中的作用。