[论文解读] A disk and no signatures of tidal distortion in the galaxy "lacking" dark matter NGC 1052-DF2

Mireia Montes, Ignacio Trujillo+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 18, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 77被引用 29

一句话总结

通过达到30.4 mag/arcsec²的超深成像，本研究在NGC 1052-DF2周围未发现潮汐特征或剥离迹象，该星系此前曾被宣称缺乏暗物质。相反，研究揭示了一种从35至80角秒延伸的盘状结构，其椭率和位置角保持恒定，并显示出旋转的证据。这表明其动力学质量比先前报告高出2.6倍，使该星系的暗物质含量与同质量恒星的典型星系趋于一致。

ABSTRACT

Using ultra-deep imaging ($\mu_g = 30.4$ mag/arcsec$^2$; 3$\sigma$, 10"x10"), we probed the surroundings of the first galaxy "lacking" dark matter KKS2000[04] (NGC 1052-DF2). Signs of tidal stripping in this galaxy would explain its claimed low content of dark matter. However, we find no evidence of tidal tails. In fact, the galaxy remains undisturbed down to a radial distance of 80 arcsec. This radial distance triples previous spatial explorations of the stellar distribution of this galaxy. In addition, the distribution of its globular clusters (GCs) is not extended in relation to the bulk of the galaxy (the radius containing half of the GCs is 21 arcsec). We also found that the surface brightness radial profiles of this galaxy in the g and r bands decline exponentially from 35 to 80 arcsec. That, together with a constant ellipticity and position angle in the outer parts of the galaxy strongly suggests the presence of a low-inclination disk. This is consistent with the evidence of rotation found for this object. This finding implies that the dynamical mass of this galaxy is a factor of 2 higher than previously reported, bringing the dark matter content of this galaxy in line with galaxies of similar stellar mass.

研究动机与目标

• 测试潮汐剥离假说是否可作为NGC 1052-DF2中宣称缺乏暗物质的解释。
• 探测NGC 1052-DF2的外区，达到前所未有的深度（80角秒），以搜寻潮汐尾或形变。
• 研究球状星团的空间分布与表面亮度剖面，以评估星系结构及潜在相互作用。
• 利用新的结构与运动学证据，重新评估NGC 1052-DF2的动力学质量与暗物质含量。
• 基于潮汐特征与投影距离，评估NGC 1052-DF2与附近大质量星系（NGC 1052与NGC 1042）的关联性。

提出的方法

• 利用HST/ACS、GTC/HiPERCAM与INT/IO:O获取超深成像，表面亮度极限达到30.4 mag/arcsec²（3σ，10''×10''）。
• 采用先进的数据处理技术，包括交错模式、偏置与平场校正，并结合两步掩膜处理，以保留低表面亮度光。
• 应用NoiseChisel与自助法，对天空背景进行建模与减去，并校正图像中的梯度。
• 从35至80角秒生成g与r波段的表面亮度剖面，测量椭率与位置角，以评估结构对称性。
• 分析球状星团分布，检测可能指示潮汐剥离的延伸或各向异性模式。
• 整合Lewis等人（2020）的旋转数据，以估算修正后的动力学质量，考虑旋转支持。

实验结果

研究问题

• RQ1 在NGC 1052-DF2的外区是否存在潮汐剥离的迹象，如潮汐尾或形变？
• RQ2 球状星团的分布是否表明曾发生相互作用或潮汐破坏？
• RQ3 NGC 1052-DF2的表面亮度剖面在其外区是否与盘状结构一致？
• RQ4 当考虑旋转支持时，NGC 1052-DF2的修正动力学质量是多少？
• RQ5 NGC 1052-DF2是否与NGC 1052或NGC 1042引力束缚？若无潮汐特征，是否限制其距离或轨道历史？

主要发现

• 在半径80角秒内未检测到NGC 1052-DF2的潮汐特征或形变迹象，深度为此前研究的三倍。
• g与r波段的表面亮度剖面从35至80角秒呈指数衰减，表明存在盘状结构。
• 在外区椭率与位置角保持恒定，支持低倾角盘状形态。
• 该星系表现出旋转，与盘状结构一致，并支持修正后的动力学质量估计值为van Dokkum等人（2018b）报告值的2.6倍。
• 修正后的暗物质与恒星质量比为4.5+8.6−3.4（在20 Mpc处，R < 7.6 kpc）或12.1+23.0−9.1（在13.5 Mpc处，R < 5.1 kpc），处于与同质量恒星星系相当的范围内。
• 缺乏潮汐特征表明，若NGC 1052-DF2与NGC 1052相关，则其可能处于初始落入阶段，因为若曾经历强烈相互作用，潮汐力早已将其破坏。