[论文解读] The properties of the Malin 1 galaxy giant disk: A panchromatic view from the NGVS and GUViCS surveys

S. Boissier, A. Boselli+10 more|Library Open Repository (Universidad Complutense Madrid)|Oct 4, 2016

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 63被引用 4

一句话总结

本研究利用NGVS和GUViCS巡天的全色成像，分析了马利尼1号（Malin 1）——一个巨大的低表面亮度星系（LSBG）——揭示其延伸盘面是通过长期、低效率的恒星形成历史形成的。数据支持一种模型：马利尼1号的极端尺寸和低表面亮度源于具有20倍于银河系角动量的盘状结构，与无重大并合或环状前体的平静演化路径一致。

ABSTRACT

Low surface brightness galaxies (LSBGs) represent a significant percentage of local galaxies but their formation and evolution remain elusive. They may hold crucial information for our understanding of many key issues (i.e., census of baryonic and dark matter, star formation in the low density regime, mass function). The most massive examples - the so called giant LSBGs - can be as massive as the Milky Way, but with this mass being distributed in a much larger disk. Malin 1 is an iconic giant LSBG, perhaps the largest disk galaxy known. We attempt to bring new insights on its structure and evolution on the basis of new images covering a wide range in wavelength. We have computed surface brightness profiles (and average surface brightnesses in 16 regions of interest), in six photometric bands (FUV, NUV, u, g, i, z). We compared these data to various models, testing a variety of assumptions concerning the formation and evolution of Malin 1. We find that the surface brightness and color profiles can be reproduced by a long and quiet star-formation history due to the low surface density; no significant event, such as a collision, is necessary. Such quiet star formation across the giant disk is obtained in a disk model calibrated for the Milky Way, but with an angular momentum approximately 20 times larger. Signs of small variations of the star-formation history are indicated by the diversity of ages found when different regions within the galaxy are intercompared.For the first time, panchromatic images of Malin 1 are used to constrain the stellar populations and the history of this iconic example among giant LSBGs. Based on our model, the extreme disk of Malin 1 is found to have a long history of relatively low star formation (about 2 Msun/yr). Our model allows us to make predictions on its stellar mass and metallicity.

研究动机与目标

• 理解巨大低表面亮度星系（LSBGS）的形成与演化，这类星系可能为重子物质与暗物质分布提供关键线索。
• 探究马利尼1号——目前已知最巨大的盘状星系——是否通过平静演化形成，或通过并合、环状形成等破坏性事件形成。
• 利用紫外至近红外波段的多波段测光，约束马利尼1号的恒星形成历史与星族特性。
• 检验标准盘状星系模型是否能再现马利尼1号的极端结构与测光特性，特别是其130 kpc的盘尺度。
• 评估马利尼1号的观测颜色与表面亮度分布是否与长期、低水平的恒星形成历史一致，且无显著爆发或外部触发。

提出的方法

• 获取NGVS（FUV, NUV, u, g, i, z）和GUViCS巡天覆盖马利尼1号盘面全范围的深度多波段测光数据。
• 在星系内16个不同区域计算表面亮度与平均表面亮度分布曲线，以分析径向与方位角变化。
• 将观测到的测光分布曲线与盘状星系演化理论模型进行比较，调整角动量与恒星形成效率等参数。
• 使用基于银河系校准的盘状模型，并将自旋参数提高20倍，以模拟马利尼1号的结构与测光特性。
• 评估该模型与观测颜色及星族指标（包括年龄与金属量梯度）的一致性。
• 评估马利尼1号的倾角，建议值约为18°（低于通常假设的40°），以改善模型拟合与表面亮度解释。

实验结果

研究问题

• RQ1 马利尼1号的延伸低表面亮度盘能否通过无重大破坏性事件的平静、长期恒星形成历史来解释？
• RQ2 为重现马利尼1号的盘尺度与表面亮度分布，其角动量需相对于银河系增强多少？
• RQ3 马利尼1号盘面中观测到的颜色与表面亮度变化是否支持间歇性或均匀的恒星形成？
• RQ4 测光数据是否提供马利尼1号起源于环状星系或并合事件的证据，如先前假设？
• RQ5 标准盘状星系演化模型在提升角动量后，能在多大程度上再现马利尼1号的观测星族特性？

主要发现

• 马利尼1号的延伸盘面半径至少达130 kpc，确认其为目前已知最大星系的领先候选者。
• 马利尼1号的表面亮度与颜色分布曲线最符合角动量参数为银河系20倍的模型，表明其盘面具有极高的角动量。
• 马利尼1号的恒星形成以约2 M⊙ yr⁻¹的低且持续的速率长期发生，与平静演化历史一致。
• 未发现环状星系前体或重大并合事件的证据，其盘面形态与测光结构平滑，缺乏此类事件的典型特征。
• 颜色与年龄的区域差异表明恒星形成具有间歇性，部分区域显示适度爆发，其间隔长达数亿年。
• 该模型预测的马利尼1号恒星质量与金属量分布与观测一致，且可通过未来高分辨率光谱观测（如MUSE）进行检验。