[论文解读] Internal kinematics of spiral galaxies in distant clusters III. Velocity fields from FORS2/MXU spectroscopy

Elif Kutdemir, B. Ziegler+9 more|GoeScholar The Publication Server of the Georg-August-Universität Göttingen (Georg-August-Universität Göttingen)|Jun 28, 2008

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 68被引用 8

一句话总结

本研究利用 FORS2/MXU 的 3D 光谱法，对红移 z ≈ 0.54 的 MS 0451.6–0305 星系团中 22 个遥远旋涡星系以及本地 SINGS 样本的完整速度场进行了测绘，通过运动学测量法（kinemetry）利用三个参数量化运动学不规则性：σ_PA、Δφ 和 k_{3,5}/k_1。研究发现，星系团环境与场区环境中的星系在运动学不规则性方面无显著差异，表明在此宇宙时代表观，环境效应并未显著加剧孤立系统中已观测到的运动学畸变。

ABSTRACT

(Abridged) We study the impact of cluster environment on the evolution of spiral galaxies by examining their structure and kinematics. Rather than two-dimensional rotation curves, we observe complete velocity fields by placing three adjacent and parallel FORS2 MXU slits on each object, yielding several emission and absorption lines. The gas velocity fields are reconstructed and decomposed into circular rotation and irregular motions using kinemetry. To quantify irregularities in the gas kinematics, we define three parameters: sigma_{PA} (standard deviation of the kinematic position angle), Delta phi (the average misalignment between kinematic and photometric position angles) and k_{3,5} (squared sum of the higher order Fourier terms). Using local, undistorted galaxies from SINGS, these can be used to establish the regularity of the gas velocity fields. Here we present the analysis of 22 distant galaxies in the MS0451.6-0305 field with 11 members at z=0.54. In this sample we find both field (4 out of 8) and cluster (3 out of 4) galaxies with velocity fields that are both irregular and asymmetric. We show that these fractions are underestimates of the actual number of galaxies with irregular velocity fields. The values of the (ir)regularity parameters for cluster galaxies are not very different from those of the field galaxies, implying that there are isolated field galaxies that are as distorted as the cluster members. None of the deviations in our small sample correlate with photometric/structural properties like luminosity or disk scale length in a significant way. Our 3D-spectroscopic method successfully maps the velocity field of distant galaxies, enabling the importance and efficiency of cluster specific interactions to be assessed quantitatively.

研究动机与目标

• 探究约 50 亿年前（lookback time ≈ 5 Gyr）星系团环境对旋涡星系内部运动学的影响。
• 确定在 z ≈ 0.54 时，星系团特异性相互作用是否会导致旋涡星系产生可测量的运动学畸变，相较孤立的场区星系。
• 开发并验证一种基于 3D 光谱法的速度场测绘与运动学规则性量化方法，采用运动学测量法。
• 评估低分辨率数据中运动学不规则性参数的可靠性，及其与光度结构特性的相关性。

提出的方法

• 采用 FORS2/MXU 的 3D 滑动狭缝光谱法，对每个星系实现三个相邻狭缝的同步空间与光谱覆盖，从而实现完整速度场的测绘。
• 利用运动学测量法将速度场分解为圆形旋转与非圆形运动，通过拟合谐波模式，提取位置角、椭率及傅里叶系数等参数。
• 定义了三个运动学不规则性度量指标：σ_PA（运动学位置角的标准差）、Δφ（运动学与光度位置角的错位角）以及 k_{3,5}/k_1（高阶傅里叶项的平方和）。
• 利用本地 SINGS 星系校准不规则性判据，确立阈值：σ_PA ≤ 20°、Δφ ≤ 25°、k_{3,5}/k_1 ≤ 0.15，作为规则运动学的判定标准。
• 执行表面光度测量，测定星系的静止系 B 波段星等、不对称性指数与集中度指数，以检验其与运动学不规则性的相关性。
• 通过模拟低分辨率数据评估空间分辨率的影响，结果表明低分辨率分析会低估真实不规则速度场的比例，且在重采样数据中可能出现参数混淆。

实验结果

研究问题

• RQ1 在高红移星系团 MS 0451.6–0305 中，旋涡星系是否表现出比 z ≈ 0.54 时孤立场区星系更显著的运动学不规则性？
• RQ2 在 z ≈ 0.54 时，星系团特异性相互作用与孤立系统相比，对旋涡星系速度场的畸变程度如何？
• RQ3 三个运动学不规则性参数（σ_PA、Δφ、k_{3,5}/k_1）是否能可靠地区分遥远星系中规则与不规则的气体运动学？
• RQ4 空间分辨率与数据采样方式如何影响遥远星系中运动学不规则性参数的测量？
• RQ5 高红移星系团星系中，光度结构特性（如光度、尺度长度、不对称性）与运动学不规则性之间是否存在显著相关性？

主要发现

• 在 MS 0451.6–0305 星系团的 11 个成员星系中，有 4 个星系（占 36%）根据至少一项不规则性判据被识别为气体运动学不规则，其不规则性水平与场区样本无显著差异。
• 当采用任意三项不规则性判据之一时，具有不规则运动学的星系比例达 58%，表明不规则性在两种环境中均普遍存在。
• 星系团星系与场区星系在 σ_PA、Δφ 与 k_{3,5}/k_1 上的分布范围相似，两组星系在不规则性水平上无统计学显著差异。
• 本研究发现，低空间分辨率数据会低估真实不规则速度场的比例，且在重采样数据中可能出现参数混淆。
• 在具有强吸收线的星系中，有三个星系（C5、C7、C9）表现出恒星与气体旋转曲线的不一致，与不规则运动学一致，尤其在相互作用或不对称系统中更为明显。
• 未发现运动学不规则性与光度特性（如光度、盘面尺度长度或集中度指数）之间存在显著相关性，尽管这可能受限于样本量较小。