[论文解读] Chemical abundances of the PRGs UGC7576 and UGC9796. I. Testing the formation scenario

Marilena Spavone, E. Iodice+3 more|Max Planck Digital Library|Apr 11, 2011

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 61被引用 10

一句话总结

本研究利用深长缝光谱法分析了极环星系UGC7576和UGC9796中电离氢区的化学丰度，以检验宇宙丝状结构中冷气体吸积作为其形成机制的假设。研究发现，两者的金属丰度均较低（Z ≈ 0.4 Z☉ 和 0.1 Z☉），且无金属丰度梯度，支持UGC7576中存在冷吸积，而UGC9796则可能涉及潮汐或冷吸积的混合机制。

ABSTRACT

The study of the chemical abundances of HII regions in polar ring galaxies and their implications for the evolutionary scenario of these systems has been a step forward both in tracing the formation history of the galaxy and giving hints on the mechanisms at work during the building of disk by cold accretion process. It's now important to establish whether such results are typical for the class of polar disk galaxies as whole. The present work aims at checking the cold accretion of gas through a "cosmic filament" as a possible scenario for the formation of the polar structures in UGC7576 and UGC9796. If these form by cold accretion, we expect the HII regions abundances and metallicities to be lower than those of same-luminosity spiral disks, with values of the order of Z ~ 1/10 Zsun, as predicted by cosmological simulations. We have used deep long-slit spectra, obtained with DOLORES@TNG in the optical wavelengths, of the brightest HII regions associated with the polar structures to derive their chemical abundances and star formation rate. We used the "Empirical methods", based on the intensities of easily observable lines, to derive the oxygen abundance 12+log(O/H) of both galaxies. Such values are compared with those typical for different morphological galaxy types of comparable luminosity. The average metallicity values for UGC7576 and UGC9796 are Z = 0.4 Zsun and Z = 0.1 Zsun respectively. Both values are lower than those measured for ordinary spirals of similar luminosity and UGC7576 presents no metallicity gradient along the polar structure. These data, toghether with other observed features, available for the two PRGs in previous works, are compared with the predictions of simulations of tidal accretion, cold accretion and merging, to disentangle between these scenarios.

研究动机与目标

• 检验沿宇宙丝状结构的冷气体吸积是否能解释UGC7576和UGC9796中极环结构的形成。
• 评估在电离氢区观测到的低金属丰度是否与冷气体吸积的宇宙学模拟预测一致。
• 将这些极环星系的化学与动力学特性与潮汐吸积及并合情景进行比较。
• 评估环境背景与伴星系在约束形成机制中的作用。
• 确定观测到的金属丰度与结构特征是否与分层星系形成模型一致。

提出的方法

• 使用TNG望远镜上的DOLORES仪器获取UGC7576和UGC9796中极环结构中最亮电离氢区的深长缝光学光谱。
• 基于可观测发射线强度（如Hα、[O III]λ5007）的实证方法，推导出氧丰度12+log(O/H)。
• 从推导出的氧丰度计算金属丰度（Z），并与具有相似光度的旋涡星系的金属丰度进行比较。
• 利用VLA HI成像和光学成像的动力学与形态学数据，评估轨道构型及潜在的供体星系。
• 评估观测到的金属丰度与结构特征与冷吸积和潮汐相互作用的流体动力学模拟预测的一致性。
• 分析5倍星系直径范围内的环境密度过剩及伴星系分布，以评估潮汐吸积的可能性。

实验结果

研究问题

• RQ1 UGC7576和UGC9796中电离氢区观测到的低金属丰度是否与来自宇宙丝状结构的原始气体冷吸积一致？
• RQ2 UGC7576的极环结构中未观测到金属丰度梯度，是否支持其起源于冷吸积而非潮汐或并合情景？
• RQ3 UGC9796中高HI质量与低金属丰度能否由冷吸积解释，还是更可能源于伴星系的潮汐吸积？
• RQ4 伴星系及其HI分布在此前在UGC9796极环形成机制中起到何种作用？
• RQ5 观测到的重子质量、速度弥散度与金属丰度值与盘星系形成宇宙学模拟的预测相比如何？

主要发现

• UGC7576的平均金属丰度为Z = 0.4 Z☉，显著低于具有相似光度的典型旋涡星系，支持冷吸积机制。
• UGC9796的金属丰度为Z = 0.100 ± 0.001 Z☉，低于旋涡星系外盘区域的预期范围，表明存在极原始气体的吸积。
• UGC7576在其极环结构中未表现出金属丰度梯度，与来自宇宙丝状结构的均匀、持续的低金属丰度气体吸积一致。
• UGC7576的高重子质量（7.86 × 10⁹ M☉）与大范围HI分布，与矮星系潮汐破坏形成的假设不一致。
• UGC9796的环境包含一个潜在的供体星系（MCG+07-31-049），其HI分布对齐且气体质量较高（~10⁹ M☉），支持潮汐吸积作为可能的形成机制。
• UGC7576中低金属丰度、高气体质量及缺乏近距离伴星系的特征，更支持冷吸积作为主导形成机制；而UGC9796可能涉及潮汐或冷吸积的混合情景。