[论文解读] Lopsidedness in WHISP galaxies: II. Morphological lopsidedness

J. van Eymeren, E. Juette+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 25, 2011

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 24被引用 27

一句话总结

本研究利用傅里叶谐波分解法，基于H i面密度图测量了70个WHISP星系的形态不对称性，发现不对称性（A₁ ≈ 0.1）普遍存在，并延伸至1–4倍光学半径——通常超出光学盘范围——表明存在全局m=1模态。在光学半径之外，不对称性趋于饱和，并表现出小尺度波动，可能源于旋臂结构，且与潮汐参数无明显相关性，表明潮汐相互作用是其可能的起源，尤其是早期型星系中更高的不对称性更支持这一推断。

ABSTRACT

The distribution of stars and gas in many galaxies is asymmetric. This so-called lopsidedness is expected to significantly affect the dynamics and evolution of the disc, including the star formation activity. Here, we measure the degree of lopsidedness for the gas distribution in a selected sample of 70 galaxies from the Westerbork HI Survey of Spiral and Irregular Galaxies. This complements our earlier work (Paper I) where the kinematic lopsidedness was derived for the same galaxies. The morphological lopsidedness is measured by performing a harmonic decomposition of the surface density maps. The amplitude of lopsidedness A_1, the fractional value of the first Fourier component, is typically quite high (about 0.1) within the optical disc and has a constant phase. Thus, lopsidedness is a common feature in galaxies and indicates a global mode. We measure A_1 out to typically one to four optical radii, sometimes even further. This is, on average, four times larger than the distance to which lopsidedness was measured in the past using near-IR as a tracer for the old stellar component, and will therefore provide a new, more stringent constraint on the mechanism for the origin of lopsidedness. Interestingly, the value of A_1 saturates beyond the optical radius. Furthermore, the plot of A_1 vs. radius shows fluctuations which we argue are due to local spiral features. We also try to explain the physical origin of this observed disc lopsidedness. No clear trend is found when the degree of lopsidedness is compared to a measure of the isolation or interaction probability of the sample galaxies. However, this does not rule out a tidal origin if the lopsidedness is long-lived. Additionally, we find that the early-type galaxies tend to be more morphologically lopsided than late-type galaxies. Both results together indicate a tidal origin for the lopsidedness.

研究动机与目标

• 利用高灵敏度H i数据，量化WHISP巡天中70个星系气体分布的形态不对称性。
• 将不对称性的径向测量范围扩展至光学半径之外，以克服以往使用近红外示踪剂研究的局限。
• 通过对比不对称性振幅（A₁）与潮汐相互作用参数及星系类型，探究不对称性的物理起源。
• 判断不对称性是否由潮汐相互作用或内部机制驱动，尤其关注其潜在的长期可持续性。
• 评估同一星系样本中形态不对称性与运动学不对称性之间的一致性。

提出的方法

• 对H i面密度图进行谐波分解，提取第一阶方位傅里叶分量（A₁），定义为不对称性的振幅。
• 利用WHISP巡天提供的深度、中等分辨率H i数据，测量A₁至大半径范围，包括光学盘（R_opt）之外。
• 基于邻近伴星的数量和质量，计算一个潮汐参数（T_p），以评估相互作用的可能性，数据来源为Tully近邻星系星表。
• 将A₁值与星系类型（早型与晚型）及潮汐参数（T_p）进行比较，以检验是否存在支持潮汐或内部起源的相关性。
• 分析A₁的径向分布，识别全局趋势与局部波动，将后者解释为可能由摆动放大机制引起的局部旋臂结构。
• 将形态不对称性（A₁）与论文I中基于退行/接近侧不对称性的运动学不对称性进行比较，以评估一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 WHISP星系H i气体分布中的形态不对称性径向范围有多广？与以往使用近红外示踪剂的研究相比有何差异？
• RQ2 不对称性的相位是否随半径保持恒定，表明存在全局m=1模态？
• RQ3 不对称性振幅（A₁）是否与潮汐相互作用强度（T_p）相关，从而暗示其潮汐起源？
• RQ4 早型星系是否比晚型星系更不对称？这对其起源意味着什么？
• RQ5 A₁随半径变化的波动是否源于局部旋臂结构，而非全局模态？

主要发现

• 在光学盘范围内，不对称性的平均振幅（A₁）约为0.1，表明气体分布中存在显著且普遍的不对称性。
• 大多数星系中，不对称性可测量至1–4倍光学半径，少数甚至达10 R_opt，远超以往使用近红外数据的研究范围。
• 在光学半径之外，A₁值趋于饱和，表明不对称模态的生长或影响存在物理极限。
• 不对称性的相位在半径范围内保持显著恒定，支持其为全局m=1模态的解释。
• A₁随半径变化的小尺度波动被解释为由摆动放大机制增强的局部旋臂结构所致。
• A₁与潮汐参数T_p之间未发现显著相关性，但早型星系中更高的不对称性支持潮汐作用作为其起源，尤其当不对称性具有长期持续性时。