[论文解读] VLT-VIMOS integral field spectroscopy of luminous and ultraluminous infrared galaxies III: the atlas of the stellar and ionized gas distribution

J. Rodríguez Zaurín, Santiago Arribas+4 more|arXiv (Cornell University)|Sep 1, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 87被引用 37

一句话总结

本研究利用VLT-VIMOS对38个本地明亮及超亮红外星系（LIRGs/ULIRGs）进行了积分场光谱数据的星图绘制，覆盖恒星连续谱、H𝛼发射线及H𝛼等效宽度。研究发现电离气体发射显著比恒星光更弥散且更集中于中心区域，62%的H𝛼发射位于中心2 kpc之外；即使经过尘埃消光校正，基于H𝛼的恒星形成率仍系统性地低于红外 luminosity 推算的恒星形成率。

ABSTRACT

LIRGs and ULIRGs are much more numerous at higher redshifts than locally, dominating the star-formation rate density at redshifts ~1 - 2. Therefore, they are important objects in order to understand how galaxies form and evolve through cosmic time. We aim to characterize the morphologies of the stellar continuum and the ionized gas (H_alpha) emissions from local sources, and investigate how they relate with the dynamical status and IR-luminosity of the sources. We use optical (5250 -- 7450 Å) integral field spectroscopic (IFS) data for a sample of 38 sources, taken with the VIMOS instrument, on the VLT. We present an atlas of IFS images of continuum emission, H_alpha emission, and H_alpha equivalent widths for the sample. The H_alpha images frequently reveal extended structures that are not visible in the continuum, such as HII regions in spiral arms, tidal tails, rings, of up to few kpc from the nuclear regions. The morphologies of the continuum and H_alpha images are studied on the basis of the C_{2kpc} parameter, which measures the concentration of the emission within the central 2 kpc. The C_{2kpc} values found for the H_alpha images are higher than those of the continuum for the majority (85%) of the objects in our sample. On the other hand, most of the objects in our sample (~62%) have more than half of their H_alpha emission outside the central 2 kpc. No clear trends are found between the values of C_{2kpc} and the IR-luminosity of the sources. On the other hand, our results suggest that the star formation in advance mergers and early-stage interactions is more concentrated than in isolated objects. We compared the H_alpha and infrared emissions as tracers of the star-formation activity. We find that the star-formation rates derived using the H_alpha luminosities generally underpredict those derived using the IR luminosities, even after accounting for reddening effects.

研究动机与目标

• 利用高分辨率积分场光谱，表征本地LIRGs和ULIRGs中恒星连续谱与电离气体（H𝛼）的形态结构。
• 研究电离气体与恒星光的空间分布如何与星系的动力状态及红外 luminosity 相关联。
• 评估H𝛼作为恒星形成率（SFR）示踪指标的可靠性，与红外 luminosity 对比，尤其在经过尘埃消光校正后。
• 为一个具有代表性的本地（U）LIRGs样本，提供全面且公开可访问的IFS数据星图，以支持未来多波段与动力学研究。

提出的方法

• 利用甚大望远镜（VLT）上的VIMOS仪器获取覆盖5250–7450 Å波段的光学积分场光谱（IFS）数据，针对38个本地LIRGs和ULIRGs。
• 从IFS数据立方体中生成恒星连续谱、H𝛼发射线流量及H𝛼等效宽度（EW）的空间分辨图。
• 定义C2kpc集中度参数为2 kpc孔径内通量与同一物理尺度内总通量之比，用于量化发射集中程度。
• 比较每个源的H𝛼与恒星连续谱峰值的空间分布，测量其投影分离距离。
• 基于H𝛼光度（使用巴尔末减量校正尘埃消光）和中红外（MFIR）光度分别计算恒星形成率（SFR）。
• 根据形态阶段（0–2）对源进行分类，并比较不同动力状态下的C2kpc值与SFR指标。

实验结果

研究问题

• RQ1 本地LIRGs和ULIRGs中H𝛼发射与恒星连续谱的形态有何不同？
• RQ2 （U）LIRGs中电离气体发射在中心2 kpc内的集中程度如何？与恒星光分布相比如何？
• RQ3 H𝛼发射集中度（C2kpc）与源的红外 luminosity 之间是否存在相关性？
• RQ4 在高度遮蔽的系统中，经过尘埃消光校正后，H𝛼推算的SFR与IR推算的SFR相比如何？

主要发现

• H𝛼发射形态与恒星连续谱显著不同，揭示出从核心延伸数kpc的潮汐尾、环状结构和桥接结构等延伸形态，这些在连续谱中不可见。
• 在85%的样本中，H𝛼发射在中心2 kpc内的集中度高于恒星连续谱，如C2kpc参数所示。
• 62%的源有超过一半的H𝛼发射（未校正消光）位于中心2 kpc之外，表明存在显著的延伸恒星形成。
• 未发现C2kpc与红外 luminosity 之间存在明显相关性，可能由于尘埃集中与恒星形成受限的相互竞争效应。
• 在后期合并系统和早期相互作用系统中，恒星形成表现出比孤立系统更高的集中度，但需更大样本以确认此趋势。
• 即使经过尘埃消光校正，H𝛼推算的SFR仍系统性地低于IR推算的SFR，表明H𝛼在高度遮蔽的（U）LIRGs中作为SFR示踪指标的可靠性较低。