[论文解读] Evidence for Ultra-Diffuse Galaxy Formation Through Tidal Heating of Normal Dwarfs

Michael G. Jones, Paul Bennet+6 more|arXiv (Cornell University)|Apr 26, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 172被引用 33

一句话总结

本研究利用哈勃空间望远镜成像和VLA中性氢（H i）测绘，调查了位于星流附近的两个超弥散星系（UDGs），即NGC 2708-Dw1和NGC 5631-Dw1。研究发现，它们的球状星团数量与正常矮星系一致，且与宿主星系之间无明显的H i连接，强烈排除了潮汐矮星系起源的可能性，支持这些UDGs是通过预存正常矮星系的潮汐加热形成的假设。

ABSTRACT

We have followed up two ultra-diffuse galaxies (UDGs), detected adjacent to stellar streams, with Hubble Space Telescope (HST) imaging and HI mapping with the Jansky Very Large Array (VLA) in order to investigate the possibility that they might have a tidal origin. With the HST F814W and F555W images we measure the globular cluster (GC) counts for NGC 2708-Dw1 and NGC 5631-Dw1 as $2^{+1}_{-1}$ and $5^{+1}_{-2}$, respectively. NGC 2708-Dw1 is undetected in HI down to a 3$\sigma$ limit of $\log (M_\mathrm{HI}/\mathrm{M_\odot}) = 7.3$, and there is no apparent HI associated with the nearby stellar stream. There is a 2$\sigma$ HI feature coincident with NGC 5631-Dw1. However, this emission is blended with a large gaseous tail emanating from NGC 5631 and is not necessarily associated with the UDG. The presence of any GCs and the lack of clear HI connections between the UDGs and their parent galaxies strongly disfavor a tidal dwarf galaxy origin, but cannot entirely rule it out. The GC counts are consistent with those of normal dwarf galaxies, and the most probable formation mechanism is one where these UDGs were born as normal dwarfs and were later tidally stripped and heated. We also identify an over-luminous ($M_\mathrm{V} = -11.1$) GC candidate in NGC 2708-Dw1, which may be a nuclear star cluster transitioning to an ultra-compact dwarf as the surrounding dwarf galaxy gets stripped of stars.

研究动机与目标

• 检验与星流相关的超弥散星系（UDGs）是否起源于潮汐矮星系（TDGs）。
• 确定两个UDGs的球状星团（GC）数量，以评估其形成历史。
• 搜寻UDGs与其宿主星系之间是否存在H i气体连接，以评估潮汐起源假说。
• 评估这些UDGs是否为预先存在的弥散系统，或是否通过潮汐相互作用由正常矮星系转化而来。
• 在观测约束下，评估反馈、自旋参数或失败的L*星系等竞争形成机制。

提出的方法

• 获取高分辨率HST/WFC3 F814W和F555W成像，以检测并统计NGC 2708-Dw1和NGC 5631-Dw1中的球状星团数量。
• 利用卡尔·G·扬斯基甚长基基阵列（VLA）进行深度H i测绘，搜寻UDGs与其宿主星系或星流之间的中性气体关联。
• 使用DOLPHOT软件执行点源测光，并计算具有统计不确定度的球状星团数量。
• 测量NGC 2708-Dw1的3σ H i检测极限为log(MHI/M⊙) = 7.3，表明其在H i波段未被检测到。
• 分析H i发射在空间上与NGC 5631-Dw1及其宿主星系NGC 5631的重合性，评估气体是否物理相连。
• 将观测到的球状星团数量和H i特性与潮汐矮星系、正常矮星系及潮汐加热系统的理论预期进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC 2708-Dw1和NGC 5631-Dw1的球状星团系统是否支持其为潮汐矮星系起源，如该类系统所预期？
• RQ2 是否存在可探测到的H i气体将NGC 2708-Dw1或NGC 5631-Dw1与宿主星系或周围星流连接？
• RQ3 这些UDGs中的球状星团数量是否与正常矮星系一致，还是表明其具有类似失败L*星系或潮汐矮星系的更大晕质量？
• RQ4 H i发射在空间上相对于UDG及其宿主星系的位置是否支持潮汐起源，特别是考虑到TDGs通常位于潮汐尾的尖端？
• RQ5 综合其球状星团系统和H i特性，这些UDGs最可能的形成机制是什么？

主要发现

• NGC 2708-Dw1的球状星团数量为2+1−1，与相同光度的正常矮星系一致。
• NGC 5631-Dw1的球状星团数量为5+1−2，同样与典型矮星系的球状星团数量一致。
• NGC 2708-Dw1在H i波段未被检测到，其3σ检测极限为log(MHI/M⊙) = 7.3，且与附近星流或宿主星系NGC 2708之间无明显H i连接。
• NGC 5631-Dw1处存在一个2σ H i特征，但与NGC 5631的大片气体尾部混合，无法明确关联至该UDG。
• 球状星团数量少且缺乏H i连接，强烈排除了这两个UDGs的潮汐矮星系形成情景。
• 最合理的形成机制是预存正常矮星系经由潮汐加热形成，与星系群环境中潮汐剥离的模拟结果一致。