[论文解读] Evolution of Structure in Late-type Spiral Galaxies I: Ionized Gas Kinematics in NGC 628

Kambiz Fathi, J. E. Beckman+6 more|University of Hertfordshire Research Archive (University of Hertfordshire)|Mar 1, 2007

Scientific Research and Discoveries参考文献 82被引用 34

一句话总结

本研究利用高分辨率法布里-珀罗干涉仪对Hα发射线的观测，绘制了面向星系NGC 628中电离气体动力学的图像，揭示了其内盘快速旋转的特征以及m=2螺旋扰动的运动学特征。关键发现是，这种由内源驱动的非外部触发扰动导致气体向内流入，在内 Lindblad 共振半径处形成核环，并促进类泡状星系核的生长。

ABSTRACT

We study two dimensional Fabry-Perot interferometric observations of the nearby face-on late-type spiral galaxy, NGC 628, in order to analyse the ionized gas component of the interstellar medium. Covering the galaxy out to a radius larger than 12 kpc, and with a spatial sampling of 1.6 arcsec, we investigate the large-scale dynamics as well as feedback from individual HII regions into their surrounding medium. We study the role of gravitational perturbations along with that of external triggers which can disturb the kinematics and morphology of NGC 628. We verify the presence of an inner rapidly rotating disc-like component in NGC 628, which we interpret as caused by slow secular evolution of the large-scale spiral arms and oval structure. In combination with auxiliary data, we find indication for that gas is falling in from the outer parts towards the central regions, where a nuclear ring has formed at the location of the inner Lindblad resonance radius of an m=2 perturbation which could help build a pseudo-bulge in NGC 628. Moreover, we calculate radial profiles of the emission-line velocity dispersion which we use to study the role of feedback from individual HII regions. The mean velocity dispersion for the ionized gas (even when excluding pixels belonging to individual HII regions) is almost constant out to 12 kpc, although it varies from 14 to 20 km/s, with a steady decline in the outer parts. The current paper demonstrates a number of tools that we have developed for building a solid frame work for studying the evolution of structure in spiral galaxies using two dimensional kinematic observations.

研究动机与目标

• 理解面向星系NGC 628中电离气体的大尺度运动学与动力学特征。
• 研究H II区反馈与引力扰动在塑造星际介质中的作用。
• 确定是否自洽演化过程而非外部触发驱动NGC 628的结构演化。
• 量化电离气体的速度弥散度，并评估H II区对总发射线速度弥散度的贡献。

提出的方法

• 采用1.6"的空间采样，获取了覆盖至12 kpc的NGC 628星系Hα发射线的二维法布里-珀罗干涉观测。
• 对视线方向速度进行谐波分解，以分离旋转运动与高阶模态，识别出m=2扰动。
• 利用消光后的窄波段Hα成像识别出376个光度大于36.9 dex的H II区。
• 计算发射线速度弥散度的径向分布，以研究H II区反馈的影响。
• 通过恒星形成效率在共振半径处的最小值估算螺旋结构的图案速度，得到Ωp = 31+5−3 km s⁻¹ kpc⁻¹。
• 结合原子气体与分子气体观测的辅助数据，比较不同气体相的运动学与形态学特征。

实验结果

研究问题

• RQ1 m=2螺旋扰动在驱动气体向内流入及塑造NGC 628内区结构中起什么作用？
• RQ2 电离气体的速度弥散度在星系盘面上如何变化？其中多大比例可归因于H II区反馈？
• RQ3 NGC 628中观测到的运动学结构是否与自洽演化一致，而非外部触发？
• RQ4 内 Lindblad 共振半径位于何处？是否与中心区域观测到的核环位置重合？
• RQ5 NGC 628中电离气体发射在多大程度上源于分辨的H II区，而非弥散成分？

主要发现

• 电离气体在内1 kpc范围内表现出规则且快速旋转的内盘状结构，表明存在自洽演化过程。
• 检测到m=2螺旋扰动的运动学特征，其图案速度为31+5−3 km s⁻¹ kpc⁻¹，与观测一致。
• NGC 628的核环位于m=2模态的内 Lindblad 共振半径处，支持气体内流的形成机制。
• 电离气体的平均速度弥散度为16.7 km s⁻¹，且在12 kpc范围内几乎保持恒定，当掩蔽H II区后仅下降0.3 km s⁻¹，表明H II区主导了发射。
• 速度弥散度分布曲线在外区呈稳定下降趋势，从14至20 km s⁻¹，暗示在更大半径处湍流或反馈减弱。
• 运动学的规则性及缺乏显著不对称性表明，NGC 628的结构演化主要由内部自洽过程驱动，而非外部相互作用。