[论文解读] Deep Surface Brightness Profiles of Spiral Galaxies from SDSS Stripe82: Touching Stellar Halos

Judit Bakos, Ignacio Trujillo|arXiv (Cornell University)|Apr 13, 2012

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 2被引用 18

一句话总结

利用深度SDSS Stripe82成像，达到μr′ ≈ 30 mag arcsec⁻²的表面亮度，本研究揭示，晚型旋涡星系的恒星晕在~28 mag arcsec⁻²以外平滑延伸了盘面光度分布，挑战了经典Type III轮廓分类。晕的光度贡献（占总光度的1–5%，在合并星系中可达10%）解释了此前被误分类为Type III的轮廓，其极红的（g′−r′ > 1）颜色表明部分晕中初始质量函数（IMF）偏重于低质量恒星。

ABSTRACT

Using SDSS Stripe82 data we have obtained deep radial surface brightness profiles of 7 face-on to intermediate inclined late-type spirals down to \sim 30 mag arcsec^-2 in the r'-band. We do not find any evidence for a sharp cut-off of the light distribution of the disks but a smooth continuation into the stellar halos of galaxies. Stellar halos start to affect the surface brightness profiles of the galaxies at \sim 28 mag arcsec^-2, and at a radial distance of \sim 4-10 inner scale-lengths. We find that the light contribution from the stellar halo could be responsible of previous classification of surface brightness profiles as Type III in late-type galaxies. In order to estimate the contribution of the stellar halo light to the total galaxy light, we carried out a Bulge/Disk/Stellar Halo decomposition by simoultaneously fitting all components. The light contribution of the halo to the total galaxy light varies from ~ 1% to ~ 5%, but in case of ongoing mergers, the halo light fraction can be as high as ~ 10%, independently of the luminosities of the galaxies. We have also explored the integrated (g'-r') color of the stellar halo of our galaxies. We find (g'-r') colors ranging from ~ 0.4 to ~ 1.2. By confronting these colors with model predictions, we encounter problems to fit our very red colors onto stellar population grids with conventional IMFs. Very red halo colors can be attributed to stellar populations dominated by very low mass stars of low to intermediate metallicity produced by bottom-heavy IMFs.

研究动机与目标

• 利用深度测光研究晚型旋涡星系的暗淡外盘和恒星晕的结构与恒星族特征。
• 确定恒星晕是否为晚型旋涡星系中观测到的Type III表面亮度轮廓的原因。
• 评估恒星晕对总星系光度的贡献及其测光和恒星族特性。
• 探讨恒星晕中极红（g′−r′）颜色的成因及其对初始质量函数（IMF）变化的启示。
• 考察近期相互作用在增强晕光度分数和改变轮廓形态中的作用。

提出的方法

• 获取SDSS Stripe82的深度r′-波段成像，达到约30 mag arcsec⁻²的表面亮度水平。
• 利用叠加和堆叠数据，为7个面朝上至中等倾角的晚型旋涡星系构建深度径向表面亮度轮廓。
• 执行同时进行的核球/盘面/恒星晕测光分解，以分离各组分并量化光度分数。
• 测量恒星晕的积分（g′−r′）颜色，并与恒星族合成模型（MILES SSP模型）进行比较。
• 利用颜色轮廓和结构分解，基于拐点形态将星系分类为Type I、II或III。
• 分析近期相互作用对晕光度分数和轮廓形状的影响，识别出如恒星流等潮汐特征。

实验结果

研究问题

• RQ1 恒星晕在多大程度上贡献于晚型旋涡星系中观测到的Type III表面亮度轮廓？
• RQ2 恒星晕的光度分数相对于总星系光度是多少？其如何随星系相互作用历史而变化？
• RQ3 为何部分恒星晕表现出极红（g′−r′ > 1）颜色，难以用标准恒星族模型解释？
• RQ4 能否通过偏重于低质量恒星的初始质量函数解释晚型旋涡星系中恒星晕观测到的红化颜色？
• RQ5 深度表面亮度轮廓如何揭示外盘和晕的真实结构？这对星系形成模型有何启示？

主要发现

• 恒星晕在μr′ ≈ 28 mag arcsec⁻²左右开始影响表面亮度轮廓，通常位于4–10个盘面 scale-length 之外。
• 恒星晕对总星系光度的光度贡献范围约为1%至5%，在正在进行合并的星系中可增至约10%。
• Type III表面亮度轮廓主要由恒星晕的存在解释，而非盘面本身的内在拐点，挑战了先前的分类。
• 观测到极红（g′−r′ > 1）的晕颜色，标准恒星族模型使用常规初始质量函数无法再现。
• 这些红化颜色最合理的解释是恒星晕中由偏重于低质量恒星的初始质量函数形成的恒星族。
• 在NGC 1068中探测到一条巨大的恒星流和一个暗淡的卫星星系（Mr′ ≈ -14），表明存在正在进行或近期的相互作用活动。