[论文解读] Dwarf Galaxies in the Local Group and in the Local Volume

E. K. Grebel|arXiv (Cornell University)|Jul 11, 2001

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 3被引用 4

一句话总结

本文综述了本星系群及本地宇宙中矮星系演化的现状理解，强调其恒星形成历史、形态分离及环境影响。利用哈勃空间望远镜（HST）和地面望远镜巡天，研究发现矮星系在光度、金属丰度和表面亮度之间存在一致趋势，其中矮球状星系（dSphs）和矮椭圆星系（dEs）集中在大质量宿主附近，表明质量和环境共同塑造其演化。

ABSTRACT

After summarizing the characteristics of different types of dwarf galaxies I briefly review our current state of knowledge of dwarf galaxy evolution in the Local Group, for which we now have a fairly detailed although by no means comprehensive picture. All Local Group dwarfs studied to date contain an old population, though its fraction varies considerably. The majority of the dwarf companions of the Milky Way shows evidence for a common epoch of ancient star formation. Spatial variations in star formation are frequently observed in many dwarf galaxies in the Local Group and beyond. These spatial variations range from a seemingly stochastic distribution of star-forming regions in gas-rich, high-mass dwarfs to radial gradients in low-mass dwarfs. The global mode of star formation may be either continuous with amplitude variations or episodic. High-mass dwarf galaxies tend to form stars over a Hubble time, whereas low-mass dwarfs eventually cease to form stars, possibly aided by environmental effects. Much less is known about the content and properties of dwarf galaxies in the Local Volume, which we are trying to remedy through a large observational effort. Dwarf galaxies in the Local Volume follow a similar trend with absolute magnitude, mean metallicity, and central surface brightness as the Local Group dwarfs do, and appear to be subject to morphological segregation.

研究动机与目标

• 综合当前关于本星系群中矮星系演化的知识，该区域具备详尽的观测数据。
• 将此类理解扩展至更广阔的本地宇宙区域，该区域的矮星系群体尚不够清晰。
• 探究环境（特别是邻近大质量星系）在塑造矮星系形态、恒星形成与金属丰度方面的作用。
• 检验如金属丰度–表面亮度–光度关系等全局关系在不同星系环境中的适用性。
• 评估矮星系普查的完整性，以及是否存在低光度或低表面亮度系统的遗漏。

提出的方法

• 利用哈勃空间望远镜（HST）WFPC2快照巡天进行红巨星分支上端的测光，以推导距离和恒星形成历史。
• 结合HST数据与地面观测，进行表面测光、光谱元素丰度分析及径向速度测量。
• 应用红巨星分支拐点（TRGB）方法实现精确的距离测量。
• 利用颜色-星等图估算光度金属丰度，并推断恒星形成历史。
• 将观测到的投影距离去投影，以研究星系群中矮星系的三维空间分布。
• 通过比较矮球状星系（dSphs）、矮椭圆星系（dEs）和不规则矮星系（dIrrs）相对于大质量星系的空间分布，分析形态–密度关系。

实验结果

研究问题

• RQ1 本星系群中矮星系的主导恒星形成历史是什么？其随质量与环境如何变化？
• RQ2 本地宇宙中的矮星系在光度、金属丰度和表面亮度方面在多大程度上与本星系群中的矮星系相似？
• RQ3 矮星系的空间分布（尤其是dSphs和dEs）在多大程度上反映了环境效应，如邻近大质量宿主的影响？
• RQ4 矮星系中金属丰度–表面亮度–光度关系的本质是什么？该关系在不同星系群中是否具有鲁棒性？
• RQ5 什么机制导致低质量矮星系中恒星形成的停止？环境过程（如潮汐剥离或激波压力）在其中起到何种作用？

主要发现

• 迄今为止研究的所有本星系群矮星系均含有古老恒星种群，且许多显示出共同古老恒星形成时期的证据。
• 恒星形成的空间差异普遍存在，从富含气体的矮星系中的随机区域，到低质量系统的径向梯度，整体模式可能为持续但振幅变化，或为间歇性。
• 大质量矮星系倾向于在宇宙时标（Hubble time）内持续形成恒星，而低质量矮星系常停止恒星形成，可能受环境效应影响。
• 本地宇宙中的矮星系与本星系群中的矮星系在绝对星等、平均金属丰度和中心表面亮度方面遵循相同趋势，表明存在形态分离。
• 本星系群中绝大多数矮星系为dSphs和dEs，且明显集中于最近的大质量星系（如银河系、M31、M81）附近，支持形态–密度关系。
• 尽管存在散射，本星系群和M81星系群中的矮星系均显示出平均金属丰度、绝对星等与中心表面亮度之间的正相关，表明质量与整体物理性质之间存在根本联系。