[论文解读] Formation of S0 galaxies through mergers. V. Antitruncated stellar discs resulting from major mergers

Alejandro Borlaff, M. C. Eliche‐Moral+7 more|LA Referencia (Red Federada de Repositorios Institucionales de Publicaciones Científicas)|Jul 18, 2014

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 2被引用 40

一句话总结

本研究表明，大并合可自然形成具有现实反截断（III型）恒星盘的S0星系——挑战了长期以来认为此类特征需安静过程才能形成的观念。利用GalMer数据库中的耗散性N体模拟，作者发现约70%的弛豫S0残骸表现出反截断特征，其光学尺度关系与不同光度和大小下的观测趋势一致，证实大并合是反截断S0星系的一种可行形成机制。

ABSTRACT

Lenticular galaxies (S0s) are more likely to host antitruncated (Type-III) stellar discs than galaxies of later Hubble types. Major mergers are popularly considered too violent mechanisms to form these breaks. We have investigated whether major mergers can result into S0-like remnants with realistic antitruncated stellar discs or not. We have analysed 67 relaxed S0 and E/S0 remnants resulting from dissipative N-body simulations of major mergers from the GalMer database. We have simulated realistic R-band surface brightness profiles of the remnants to identify those with antitruncated stellar discs. Their inner and outer discs and the breaks are quantitatively characterized to compare with real data. Nearly 70% of our S0-like remnants are antitruncated, meaning that major mergers that result in S0s have a high probability of producing Type-III stellar discs. Our remnants lie on top of the extrapolations of the observational trends (towards brighter magnitudes and higher break radii) in several photometric diagrams. In scale-free photometric diagrams, simulations and observations overlap and the remnants reproduce the observational trends, so the physical mechanism after antitruncations is highly scalable. We have found novel photometric scaling relations between the characteristic parameters of the antitruncations in real S0s, which are also reproduced by our simulations. The trends in all the photometric planes can be derived from three basic scaling relations that real and simulated Type-III S0s fulfill: h_i \prop R_brkIII, h_o \prop R_brkIII, and mu_brkIII \prop R_brkIII, where h_i and h_o are the scalelenghts of the inner and outer discs, and mu_brkIII and R_brkIII are the surface brightness and radius of the breaks. Mayor mergers provide a feasible mechanism to form realistic antitruncated S0 galaxies (abridged).

研究动机与目标

• 探究大并合是否能产生具有现实反截断（III型）恒星盘的S0类残骸。
• 检验反截断S0星系中观测到的光学关系——如截断半径和表面亮度关系——是否能通过并合模拟再现。
• 通过光学分析确定S0星系中的反截断与棒状结构是结构上相关还是独立现象。
• 评估模拟结果对恒星群体年龄不确定性和尘埃消光效应的鲁棒性。

提出的方法

• 利用GalMer数据库中的耗散性N体模拟，对67个弛豫的S0和E/S0残骸进行模拟。
• 为每个残骸生成合成R波段表面亮度轮廓，通过多组分Sérsic和指数拟合识别反截断盘。
• 量化反截断参数：截断半径（R_brkIII）、截断表面亮度（μ_brkIII）以及内/外盘尺度长度（h_i, h_o），以与观测结果对比。
• 通过假设老恒星粒子具有不同年龄（6–14 Gyr）进行年龄方差测试，评估结果对年龄假设的敏感性。
• 使用典型E-S0星系的消光值（A_R ~ 1 mag）评估尘埃消光效应，估算其对表面亮度和星等偏移的影响。
• 在绝对和无量纲的光学尺度关系图中分析，以检验结果的可扩展性与与观测数据的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 大并合能否产生具有反截断（III型）恒星盘、且其光学特性与观测一致的S0类残骸？
• RQ2 反截断S0星系的光学尺度关系——如R_brkIII与h_i、h_o及μ_brkIII的关系——是否能自然地从并合模拟中产生？
• RQ3 S0星系中的反截断与棒状结构在物理上是否相关，还是代表独立的结构特征？
• RQ4 模拟结果对恒星群体年龄和尘埃消光的不确定性有多大的鲁棒性？
• RQ5 真实S0星系光学平面中的观测趋势能否通过并合驱动的形成模型再现？

主要发现

• 模拟的S0类残骸中约70%表现出反截断（III型）恒星盘，表明此类特征通过大并合形成的概率很高。
• 模拟残骸再现了观测到的反截断参数关系：R_brkIII与h_i、h_o和μ_brkIII之间存在比例关系，即h_i ∝ R_brkIII，h_o ∝ R_brkIII，且μ_brkIII ∝ R_brkIII。
• 在无量纲的光学尺度图中，模拟结果与观测数据重叠，证实反截断形成的物理机制具有高度可扩展性。
• 当假设恒星群体年龄较年轻时，截断和盘面的特征表面亮度可变亮约~1 mag arcsec⁻²，但截断半径和尺度长度在不同年龄假设下保持稳定（变化<10%）。
• 尘埃消光效应（A_R ~ 1 mag）可完全解释模拟与真实S0星系在总星等和表面亮度上的偏移，而无需改变关键的尺度关系。
• S0星系中的棒状结构与反截断在结构上无关，这由所分析的光学平面中两者无相关性所证实。