[论文解读] Dynamics of Starbursting Dwarf Galaxies. III. A HI study of 18 nearby objects

Federico Lelli, Marc Verheijen+1 more|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|Apr 24, 2014

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 114被引用 61

一句话总结

本研究利用新的和档案的射电数据，分析了18个邻近星暴矮星系的H I运动学，发现尽管近期恒星形成活动强烈，这些系统仍保持较高的重子物质和气体比例，表明气体逃逸极少。平均而言，重子物质占总质量的至少30%，暗示星暴反馈并未显著破坏引力势能或将气体从晕中驱逐出。

ABSTRACT

We investigate the dynamics of starbursting dwarf galaxies, using both new and archival HI observations. We consider 18 nearby galaxies that have been resolved into single stars by HST observations, providing their star formation history and total stellar mass. We find that 9 objects have a regularly-rotating HI disk, 7 have a kinematically disturbed HI disk, and 2 show unsettled HI distributions. Two galaxies (NGC 5253 and UGC 6456) show a velocity gradient along the minor axis of the HI disk, that we interpret as strong radial motions. For galaxies with a regularly rotating disk we derive rotation curves, while for galaxies with a kinematically disturbed disk we estimate the rotation velocities in their outer parts. We derive baryonic fractions within about 3 optical scale lengths and find that, on average, baryons constitute at least 30$\%$ of the total mass. Despite the star formation having injected $\sim$10$^{56}$ ergs in the ISM in the last $\sim$500 Myr, these starbursting dwarfs have both baryonic and gas fractions similar to those of typical dwarf irregulars, suggesting that they did not eject a large amount of gas out of their potential wells.

研究动机与目标

• 理解星暴矮星系在强烈恒星形成作用下的动力学响应，特别是关于气体保留和质量预算的问题。
• 确定强烈的恒星形成反馈是否会导致显著的气体逃逸或改变重子物质与暗物质的分布。
• 评估H I运动学在约束这些系统中质量分布和重子物质分数中的作用。
• 将观测到的H I运动学和质量分数与涉及反馈驱动演化的ΛCDM模型预测进行比较。
• 通过确定动力学中心和H I形态，推断盘面稳定性及潜在的外部影响。

提出的方法

• 获取新的和档案的H I 21 cm线数据，以绘制18个邻近星暴矮星系中中性气体分布和运动学。
• 使用H I速度场、位置-速度图和信道图，将H I运动学分类为规则旋转、扰动或不稳定状态。
• 对三维盘模型进行拟合，以从H I数据中推导出动力学中心、系统速度、位置角和倾角。
• 为具有规则H I盘的星系推导旋转曲线，并估算扰动系统的外侧旋转速度。
• 利用HST数据和Salpeter初始质量函数，通过解析的恒星形成历史（SFH）估算恒星质量，气体再循环效率为30%。
• 利用与螺旋星系相同的恒星形成效率标定关系，估算分子气体质量。

实验结果

研究问题

• RQ1 尽管恒星形成强烈，星暴矮星系是否仍保有显著的H I气体，还是反馈能有效将气体驱逐？
• RQ2 在约3个光学尺度长度内，重子物质的质量分数是多少，与典型矮不规则星系相比如何？
• RQ3 H I气体的运动学（规则旋转与扰动）与恒星形成强度和持续时间之间有何关联？
• RQ4 是否存在H I盘中的强径向运动的证据，其驱动机制可能是什么？
• RQ5 在恒星形成率较高的系统中，为解释观测到的旋转曲线，暗物质需要起到多大程度的作用？

主要发现

• 在18个星系中，9个表现出规则旋转的H I盘，7个显示动力学扰动的H I运动学，2个具有不稳定的H I分布。
• 两个星系，NGC 5253和UGC 6456，沿小行星轴表现出速度梯度，被解释为H I盘中的强径向运动。
• 在约3个光学尺度长度内，平均重子物质分数至少为30%，表明重子物质构成了总质量的显著部分。
• 尽管在过去约500 Myr内，恒星形成向星际介质注入了约10^56 erg的能量，重子物质和气体分数仍与典型矮不规则星系相似。
• 缺乏显著的气体耗尽表明，这些系统中的星暴反馈并未有效将气体从引力势阱中驱逐。
• 结果表明，这些矮星系中的星暴反馈尚不足以引起大规模气体损失，或显著改变整体质量预算。