[论文解读] Bar pattern speeds in CALIFA galaxies II. The case of weakly barred galaxies

Virginia Cuomo, J. A. L. Aguerri+4 more|arXiv (Cornell University)|Sep 3, 2019

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 85被引用 6

一句话总结

本研究利用CALIFA积分场光谱和SDSS成像，测量了29个邻近弱棒星系的棒图案速度，发现弱棒通常为快速旋转、较短的棒，位于内盘区域，且与其它星系组分的角动量交换较少。结果挑战了因核球突出或潮汐相互作用导致棒变弱的理论，表明弱棒是动力学演化系统，未经历显著的角动量转移。

ABSTRACT

We aim at investigating the formation process of weak bars by measuring their properties in a sample of 29 nearby SAB galaxies, spanning a wide range of morphological types and luminosities. The sample galaxies were selected to have an intermediate inclination, a bar at an intermediate angle between the disc minor and major axes, and an undisturbed morphology and kinematics to allow the direct measurement of the bar pattern speed. Combining our analysis with previous studies, we compared the properties of weak and strong bars. We measured the bar radius and strength from the r-band images available in SDSS and bar pattern speed and corotation radius from the stellar kinematics obtained by CALIFA. We derived the bar rotation rate as the ratio between the corotation and bar radii. Thirteen out of 29 galaxies, which were morphologically classified as SABs from a visual inspection, do not actually host a bar component or their central elongated component is not in rigid rotation. We successfully derived the bar pattern speed in 16 objects. Two of them host an ultrafast bar. Using the bar strength to differentiate weak and strong bars, we found that the SABs host shorter bars with smaller corotation radii than their strongly barred counterparts. Weak and strong bars have similar bar pattern speeds and rotation rates, which are all consistent with being fast. We did not observe any difference between the bulge prominence in SAB and SB galaxies, whereas nearly all the weak bars reside in the disc inner parts, contrary to strong bars. We ruled out that the bar weakening is only related to the bulge prominence and that the formation of weak bars is triggered by the tidal interaction with a companion. Our observational results suggest that weak bars may be evolved systems exchanging less angular momentum with other galactic components than strong bars.

研究动机与目标

• 通过测量一个代表性邻近星系样本中弱棒的图案速度和结构特性，探究弱棒的形成机制。
• 确定弱棒是否由核球突出或与伴星的潮汐相互作用导致棒变弱所致。
• 比较弱棒与强棒的动力学特性，重点关注棒强度、图案速度、旋转速率和外旋半径。
• 评估弱棒是否为动力学演化系统，其角动量交换是否少于强棒。
• 考察盘尺度长度和核球结构在区分弱棒与强棒星系中的作用。

提出的方法

• 从CALIFA星系巡天中选取29个弱棒星系，要求倾角适中、棒位置角适中，且形态未受扰动。
• 利用r波段SDSS图像，通过目视和光度分析测量棒半径和强度。
• 基于CALIFA的积分场光谱，通过恒星运动学推导棒图案速度和外旋半径。
• 将棒旋转速率定义为外旋半径与棒半径之比（R_cr / R_bar），并分类为快棒（1.0 ≤ R_cr/R_bar ≤ 1.4）、慢棒（R_cr/R_bar > 1.4）或超快棒（R_cr/R_bar < 1.0）。
• 比较弱棒星系（SAB）与强棒星系（SB）的棒特性（图案速度、强度、尺寸、旋转速率）。
• 分析棒位置与盘尺度长度（R_bar/h, R_cr/h）及核球Sérsic指数（n）的关系，以评估结构与动力学差异。

实验结果

研究问题

• RQ1 弱棒星系中的棒是否具有与强棒星系显著不同的图案速度？
• RQ2 弱棒星系中棒的变弱机制是否由核球突出或与伴星的潮汐相互作用引起？
• RQ3 弱棒与强棒的棒旋转速率（R_cr/R_bar）有何差异，这对它们的动力学演化意味着什么？
• RQ4 弱棒是否主要位于内盘区域，且这是否与相比强棒更少的角动量交换相关？
• RQ5 在弱棒星系中，棒强度、外旋半径与盘尺度长度之间存在何种关系？

主要发现

• 在29个弱棒星系中，有13个（占45%）未形成真正的棒，或其中心拉长结构不具备刚性旋转，表明仅凭形态分类不足以判断棒的存在。
• 弱棒星系中的棒图案速度与快棒一致，其中两个星系具有超快棒（R_cr/R_bar < 1.0），与强棒类似。
• 弱棒比强棒更短，且外旋半径更小，但两类棒的图案速度和旋转速率相似。
• 弱棒主要位于内盘区域，几乎所有情况下R_bar/h和R_cr/h < 1.5，而强棒的分布更广，常延伸至1.5以上。
• 弱棒与强棒星系在核球突出程度（以Sérsic指数n衡量）上无显著差异，排除了核球突出作为棒变弱主因的可能性。
• 缺乏慢棒且弱棒与强棒具有相似的图案速度，表明弱棒并非处于早期演化阶段，而是已演化的系统，其与星系其他组分的角动量交换较少。