[论文解读] Looking into the faintEst WIth MUSE (LEWIS): on the nature of ultra-diffuse galaxies in the Hydra-I cluster.I. Project description and preliminary results

E. Iodice, M. Hilker+24 more|arXiv (Cornell University)|Aug 22, 2023

Astronomy and Astrophysical ResearchPhysics and Astronomy被引用 3

一句话总结

本文介绍了LEWIS巡天，这是欧洲南方天文台（ESO）大型项目，利用MUSE对长蛇座I星系团中的30个超弥散星系（UDGs）开展首次统一的积分场光谱观测。对于UDG11，研究揭示其速度 dispersion（σ = 20 ± 8 km/s）较低，年龄较老（10 ± 1 Gyr），恒星种群金属丰度较低（[M/H] = −1.17 ± 0.11 dex），且动力学质量-光度比很高（M/L_V ≈ 14），表明其拥有类经典矮星系的暗物质主导晕，支持其在星系团并合过程中经历外部熄灭的机制。

ABSTRACT

Looking into the faintEst WIth MUSE (LEWIS) is an ESO large observing programme aimed at obtaining the first homogeneous integral-field spectroscopic survey of 30 extremely low-surface brightness (LSB) galaxies in the Hydra I cluster of galaxies, with MUSE at ESO-VLT. The majority of LSB galaxies in the sample (22 in total) are ultra-diffuse galaxies (UDGs). The distribution of systemic velocities Vsys ranges between 2317 km/s and 5198 km/s and is centred on the mean velocity of Hydra I (Vsys = 3683 $\pm$ 46 km/s). Considering the mean velocity and the velocity dispersion of the cluster, 17 out of 20 targets are confirmed cluster members. To assess the quality of the data and demonstrate the feasibility of the science goals, we report the preliminary results obtained for one of the sample galaxies, UDG11. For this target, we derived the stellar kinematics, including the 2-dimensional maps of line-of-sight velocity and velocity dispersion, constrained age and metallicity, and studied the globular cluster (GC) population hosted by the UDG. Results are compared with the available measurements for UDGs and dwarf galaxies in literature. By fitting the stacked spectrum inside one effective radius, we find that UDG11 has a velocity dispersion $σ= 20 \pm 8$ km/s, it is old ($10\pm1$ Gyr), metal-poor ([M/H]=-1.17$\pm$0.11 dex) and has a total dynamical mass-to-light ratio M$/L_V\sim 14$, comparable to those observed for classical dwarf galaxies. The spatially resolved stellar kinematics maps suggest that UDG11 does not show a significant velocity gradient along either major or minor photometric axes. We find two GCs kinematically associated with UDG11. The estimated total number of GCs in UDG11, corrected for the spectroscopic completeness limit, is $N_{GC}= 5.9^{+2.2}_ {-1.8}$, which corresponds to a GC specific frequency of $S_N = 8.4^{+3.2}_{-2.7}$.

研究动机与目标

• 利用MUSE对星系团中的超弥散星系（UDGs）开展首次统一的积分场光谱观测。
• 确定长蛇座I星系团中UDGs的动力学、恒星种群及球状星团（GC）特性。
• 通过将UDGs的动力学与结构特性与经典矮星系对比，评估其形成机制是源于内部过程还是外部环境熄灭。
• 通过研究一个动力学活跃星系团环境中近乎完整的样本，建立UDG形成机制的基准。

提出的方法

• 利用欧洲南方天文台甚大望远镜（VLT）上的MUSE，对长蛇座I中30个低表面亮度星系获取深度、高光谱分辨率的积分场光谱数据。
• 使用MUSE Python数据分析框架（MPDAF）和标准流程对MUSE数据立方体进行还原与定标。
• 通过Voronoi分箱法（信噪比 ≥10）测量星系视向速度与速度 dispersion 的2D分布图，以获得恒星动力学信息。
• 通过谱谱能量分布（SED）拟合与恒星种群合成建模，基于有效半径内的堆叠光谱估算年龄、金属丰度与质量-光度比。
• 通过径向速度测量与光谱探测极限的完备性修正，识别并关联球状星团（GCs）。
• 将所得的动力学质量与质量-光度比与文献中经典矮星系及其他UDGs的数值进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 UDG11的本征动力学结构如何？其2D恒星视向速度与速度 dispersion 分布图揭示了什么？
• RQ2 UDG11的年龄、金属丰度与质量-光度比是多少？与经典矮星系相比有何异同？
• RQ3 UDG11拥有多少个球状星团？其特定频度（specific frequency）揭示了怎样的形成历史？
• RQ4 UDG11是否为星系团成员？其径向速度分布揭示了其动力学状态与环境历史的哪些信息？
• RQ5 UDG11的动力学与恒星种群特性对理解超弥散星系形成机制有何启示？

主要发现

• UDG11的速度 dispersion 由有效半径内堆叠光谱测得，为 σ = 20 ± 8 km/s，与动力学冷态系统一致。
• UDG11年龄较老，估计为 10 ± 1 Gyr，且金属丰度较低，金属量为 [M/H] = −1.17 ± 0.11 dex。
• 在有效半径内，总动力学质量-光度比为 M/L_V ≈ 14 M⊙/L⊙，与经典矮星系相当。
• 空间分辨的动力学分析显示，在主要或次要光度轴上均无显著速度梯度，平均速度 dispersion 为 ⟨σ⟩_e = 27 ± 8 km/s。
• 识别出两个与UDG11动力学关联的球状星团，经完备性修正后，总球状星团数估计为 N_GC = 5.9+2.2−1.8，特定频度为 S_N = 8.4+3.2−2.7。
• MUSE数据立方体中未检测到发射线，表明UDG11缺乏电离气体，支持其处于熄灭状态；其性质表明其可能在星系团并合过程中经历外部熄灭。