[论文解读] Hydrogen tails, plumes, clouds and filaments

B. Koribalski|arXiv (Cornell University)|Feb 18, 2020

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 4

一句话总结

本文综述了相互作用星系系统中延伸的低表面亮度（LSB）中性氢（H i）结构——如潮汐尾、喷流、云团和丝状结构——的研究，强调其在追踪星系群和星系团中引力相互作用及随机压力的作用。利用深度H i巡天和模拟，研究识别出跨度达数百千秒差距的庞大H i结构，关键发现包括大麦哲伦流（180 kpc，2.7×10⁸ M⊙）以及如HIPASS J0731–69（10⁹ M⊙）这样的大质量H i云团，并强调即将开展的WALLABY和MeerKAT巡天在探测无恒星对应物的暗H i结构方面的潜力。

ABSTRACT

Here I present a brief review of interacting galaxy systems with extended low surface brightness (LSB) hydrogen tails and similar structures. Typically found in merging pairs, galaxy groups and clusters, HI features in galaxy surroundings can span many hundreds of kpc, tracing gravitational interactions between galaxies and ram pressure forces moving through the intra-group/cluster medium. Upcoming large HI surveys, e.g., with the wide-field (FOV = 30 square degrees) Phased Array Feeds on the Australian SKA Pathfinder (ASKAP), will provide a census of LSB structures in the Local Universe. By recording and comparing the properties (length, shape, HI mass, etc.) of these observed structures and their associated galaxies, we can - using numerical simulations - try to establish their origin and evolutionary path.

研究动机与目标

• 整理并分析本地宇宙中延伸的低表面亮度H i结构（包括潮汐尾、喷流、云团和丝状结构）的综合目录。
• 量化这些结构的H i质量、长度和运动学特性，以理解其在星系相互作用中的起源与演化路径。
• 通过将H i结构与星系盘流和潮汐矮星系相关联，弥合光学与射电观测之间的差距，尤其关注无恒星对应物的区域。
• 通过开发在大型三维数据体中检测和分类弥散H i特征的工具，为即将开展的广域H i巡天（如ASKAP上的WALLABY）做准备。
• 利用模拟的H i图像研究合并系统的H i尾和碎片在宇宙学距离上的可探测性。

提出的方法

• 从广域巡天（如HIPASS、ASKAP、MeerKAT）和深度干涉测量观测中汇编已观测到的H i结构，进行形态分类与运动学分析。
• 利用三维H i数据立方体测量H i质量、尺寸和速度结构，考虑投影效应和弥散发射的影响。
• 应用模块化源探测应用（SoFiA）在大规模巡天数据中检测和分类延伸的H i特征。
• 整合单镜面与干涉测量数据，以恢复密集团块和弥散H i发射，尤其在扩展结构中。
• 利用数值模拟（如潮汐相互作用和随机压力）来建模并解释观测到的H i形态与运动学。
• 将观测到的H i特征与模拟的合并系统H i图像（如红移z=0.1–0.6的Arp 299）进行比较，以评估在高红移下的可探测性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在星系群和星系团中，延伸的H i结构（如潮汐尾、喷流和孤立云团）的起源与演化路径是什么？
• RQ2 H i结构的运动学与形态如何与相互作用系统中的星系盘流和恒星形成相关联？
• RQ3 H i结构在多大程度上能追踪星系团中的引力相互作用与随机压力剥离？
• RQ4 星系系统中未与恒星关联的弥散、低表面亮度结构所占的H i质量比例是多少？
• RQ5 即将开展的广域H i巡天（如WALLABY和MeerKAT）将在多大程度上提升对暗H i云团和潮汐碎片的探测与表征能力？

主要发现

• 大麦哲伦流至少延伸180 kpc，包含2.7×10⁸ M⊙的H i，记录了银河系与大、小麦哲伦云之间的相互作用。
• HIPASS J0731–69是一个质量达10⁹ M⊙的H i云团，位于NGC 2442以西约200 kpc处，由沿部分环形分布的团块组成。
• 在椭圆星系NGC 1490周围发现了四个跨度约500 kpc的大型H i云团，表明星系群环境中普遍存在H i碎片。
• 在E/S0星系M 105、NGC 5291和NGC 1533周围探测到直径约200 kpc的H i环，可能由潮汐相互作用形成。
• NGC 2782系统中存在一个长达54 kpc的西部H i喷流，含1.4×10⁹ M⊙的H i质量，占该系统总H i质量的约40%，与近期非中心碰撞一致。
• 在Arp 299中，存在一个长达180 kpc的北部H i尾，但在光学图像中几乎不可见，伴随一个偏移约20 kpc的微弱LSB星系盘流，表明H i在潮汐碎片中占主导地位。