[论文解读] Formation and evolution of dwarf elliptical galaxies I. Structural and kinematical properties

S. De Rijcke, D. Michielsen+3 more|ArXiv.org|Dec 21, 2004

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 67被引用 73

一句话总结

本研究利用欧洲南方天文台（ESO）大型计划的深空光谱与波段成像，调查了矮椭圆星系（dEs）的结构与运动学性质。研究发现，dEs位于基础平面（FP）之上，并在单变量图中呈现明显分离的序列，这一现象最合理的解释是半分析模型中包含红移无关的恒星形成效率与超新星爆发后的质量损失，而非包含红移相关恒星形成效率的模型。

ABSTRACT

This paper is the first in a series in which we present the results of an ESO Large Program on the kinematics and internal dynamics of dwarf elliptical galaxies (dEs). We investigate the relations between the parameters that quantify the structure and internal dynamics of dEs such as the Faber_Jackson relation and the Fundamental Plane (FP). We show that the dE sequences in the various diagrams are disjunct from those traced by bright and intermediate-luminosity elliptical galaxies and bulges of spirals. It appears that semi-analytical models (SAMs) are able to reproduce the position of the dEs in those diagrams. While these findings are clearly a success for the hierarchical-merging picture of galaxy formation, they do not necessarily invalidate the alternative ``harassment'' scenario, which posits that dEs stem from perturbed and stripped late-type disk galaxies that entered clusters and groups of galaxies about 5 Gyr ago.

研究动机与目标

• 利用深空光谱与波段测光，确定矮椭圆星系（dEs）的结构与运动学性质。
• 检验dEs是否遵循与明亮椭圆星系及旋涡核球相同的标度关系，特别是基础平面（FP）。
• 利用观测参数空间分布，评估dE形成理论——分层并合与引力扰动——的优劣。
• 评估超新星驱动质量损失与恒星形成效率在塑造dE性质中的作用。
• 探讨dEs是否构成一个同质群体，或代表原初形成与近期转化系统的混合体。

提出的方法

• 对15个dEs获取了深空主轴与辅轴光谱，以测量速度弥散度（σ）；对22个dEs获取了波段成像，以确定B波段光度（LB）、半光半径（Re）与平均表面亮度（Ie）。
• 在单变量图中绘制dEs的分布：log LB 与 log σ、log LB 与 log Re、log LB 与 log Ie，以及 log Re 与 log Ie。
• 将dEs投影至（log σ, log Re, log Ie）参数空间，以比较其相对于明亮椭圆星系与旋涡核球所定义的基础平面（FP）的位置。
• 将本研究数据与另外两个近期发表的大样本数据集合并，以增强统计显著性并扩大光度范围的覆盖。
• 评估半分析模型（SAMs）的预测，其恒星形成效率（恒定 vs. 红移相关）与并合后动力学响应存在差异。
• 使用FP残差（dE相对于FP的位置）作为诊断工具，检验模型预测，特别是FP残差随光度减小而增大的趋势。

实验结果

研究问题

• RQ1 矮椭圆星系（dEs）是否遵循与明亮椭圆星系及旋涡核球相同的结构与运动学标度关系？
• RQ2 相对于由更高质量星系定义的基础平面（FP），dEs位于何处？
• RQ3 在理论模型中，分层并合（恒星形成效率恒定）与引力扰动情景，哪一个更符合观测到的dE参数空间分布？
• RQ4 dEs的FP残差（相对于FP的偏移）如何随光度变化？这一变化对理解其形成历史意味着什么？
• RQ5 内部过程（如超新星驱动质量损失）与外部过程（如潮汐剥离）在多大程度上影响dE的结构特性？

主要发现

• dEs在单变量图中（log LB vs. log σ、log LB vs. log Re 等）形成分离的序列，明显与明亮椭圆星系及旋涡核球的序列分离。
• dEs系统性地位于基础平面（FP）之上，且FP残差随光度减小而增大，表明其比基于大质量星系FP预期的更为弥散。
• 包含恒定、红移无关恒星形成效率与超新星爆发后质量损失响应的半分析模型（SAMs），能成功重现dEs在（log σ, log Re, log Ie）参数空间中的观测位置，以及FP残差随光度减小而增大的趋势。
• 恒星形成效率随红移增加的SAMs无法填充观测到的dE序列，因此被数据排除。
• dE关系中的宇宙散射（尤其是log Re vs. log Ie）无法仅由测量误差解释，表明其对反馈与潮汐剥离等内部和外部过程高度敏感。
• 数据未排除引力扰动情景，因为dEs在参数空间中与可能的前身星系（Scd与不规则星系）重叠，表明dEs可能是原初形成与近期转化系统的混合群体。