[论文解读] An HI survey of the Centaurus and Sculptor Groups - Constraints on the space density of low mass galaxies

W. J. G. de Blok, M. A. Zwaan+3 more|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|Nov 13, 2001

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 25被引用 27

一句话总结

本研究利用澳大利亚望远镜紧凑阵列（ATCA）对半人马座A和雕塑座星系群进行了高灵敏度的21厘米中性氢（H I）巡天，探测到的H I质量低至约~3×10⁶ M☉。尽管灵敏度极高，仍未发现新的低质量H I云或星系，从而对暗淡H I源的空间密度施加了严格约束，支持冷暗物质亚晕（CDM sub-halos）不宿主可观测的H I富集卫星的观点。

ABSTRACT

We present results of two 21-cm HI surveys performed with the Australia Telescope Compact Array in the nearby Centaurus A and Sculptor galaxy groups. These surveys are sensitive to compact HI clouds and galaxies with HI masses as low as 3E+06 Msun, and are therefore among the most sensitive extragalactic HI surveys to date. The surveys consist of sparsely spaced pointings that sample approximately 2% of the groups' area on the sky. We detected previously known group members, but we found no new HI clouds or galaxies down to the sensitivity limit of the surveys. If the HI mass function had a faint end slope of alpha = 1.5 below M_{HI} = 10^{7.5} Msun in these groups, we would have expected ~3 new objects. Cold dark matter theories of galaxy formation predict the existence of a large number low mass DM sub-halos that might appear as tiny satellites in galaxy groups. Our results support and extend similar conclusions derived from previous HI surveys that a HI rich population of these satellites does not exist.

研究动机与目标

• 检验冷暗物质（CDM）理论预测：星系群中应存在数百个低质量暗物质亚晕，可能表现为H I富集卫星。
• 探究在邻近星系群中是否存在类似银河系高速云（HVCs）的紧凑、高柱密度H I云。
• 通过探测两个定义明确且邻近的星系群中H I质量函数的暗端，约束低质量H I源的空间密度。
• 评估高分辨率、高灵敏度的综合孔径巡天对低H I质量、紧凑天体的可探测性。

提出的方法

• 在半人马座A和雕塑座星系群中，利用澳大利亚望远镜紧凑阵列（ATCA）进行深度21厘米H I巡天，采用稀疏点源分布覆盖每个星系群约2%的天球面积。
• 达到约3×10⁶ M☉的H I质量灵敏度极限，使本巡天成为迄今最灵敏的河外H I巡天之一。
• 采用高空间与速度分辨率，以探测可能因射频干扰（RFI）或波束弥散而被单镜面巡天遗漏的窄线、紧凑H I谱线。
• 使用泊松统计计算在未检测到任何源情况下的95%置信度空间密度上限。
• 将结果与以往巡天（如Zwaan 2001年、阿雷西博巡天）进行比较，评估在柱密度与质量灵敏度方面的灵敏度差异。
• 分析原始数据立方体与平滑化后的数据立方体，以评估对弥散或延展H I结构（包括潜在的河外HVC类天体）的可探测性。

实验结果

研究问题

• RQ1 根据冷暗物质模型预测，半人马座A和雕塑座星系群中是否存在质量低于10⁷.⁵ M☉的低质量H I云？
• RQ2 紧凑、高柱密度H I云——类似银河系高速云（HVCs）——是否在约1 Mpc尺度上分布于星系群中？
• RQ3 本巡天对邻近星系群中H I质量函数（α）的暗端斜率施加了何种约束？
• RQ4 若低质量暗物质亚晕含有足够H I以维持中性状态，观测到的空检测结果能否与这些亚晕的预测丰度相容？
• RQ5 本ATCA巡天在探测低H I质量、紧凑源方面的灵敏度极限与以往巡天相比如何？

主要发现

• 尽管覆盖了星系群约2%的天球面积，但未探测到质量低至~3×10⁶ M☉的H I云或星系。
• 未检测到任何源，排除了在10⁷.⁵ M☉以下H I质量函数暗端斜率比α = -1.5更陡的可能性（95%置信水平）。
• 本巡天对具有2、10和30 km s⁻¹速度宽度的紧凑H I云的空间密度上限，比以往阿雷西博巡天更严格，但仅适用于高柱密度源（N_HI > 10²⁰ cm⁻²）。
• 本巡天的柱密度灵敏度（1.0×10²⁰ cm⁻²每10 km s⁻¹）低于以往阿雷西博巡天（1.0×10¹⁸ cm⁻²），限制了其探测更弥散H I云的能力。
• 结果支持先前发现：河外HVCs并未在1 Mpc尺度上分布于星系群中，这类云很可能局限于银河系晕内。
• 空检测结果表明，若低质量CDM亚晕存在，其可能为贫气或H I质量低于当前巡天探测阈值。