[论文解读] Multi-Wavelength Properties of Barred Galaxies in the Local Universe: Environment and evolution across the Hubble sequence

Lea Giordano, Kim‐Vy Tran+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 7, 2011

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 3

一句话总结

本研究利用H波段和光学成像，调查孤立环境与密集环境中的盘状星系的棒状结构分数，发现环境依赖性不显著（棒状结构分数为30–35%），但形态趋势显著：早型旋涡星系（Sa–Sb）的棒状结构分数约为50%，是晚型旋涡星系（Sbc–Sm）的两倍（低于25%），表明通过棒驱动的伪核球形成实现的缓慢演化。结果支持棒在星系团形成之前即已形成，且S0型星系可能源于密集环境中通过扰动作用导致的盘状结构转化。

ABSTRACT

We investigate possible environmental and morphological trends in the $z\sim0$ bar fraction using two carefully selected samples representative of a low-density environment (the isolated galaxies from the AMIGA sample) and of a dense environment (galaxies in the Virgo cluster). Galaxies span a stellar mass range from $10^8$ to $10^{12}$M$_{\odot}$ and are visually classified using both high-resolution NIR (H-band) imaging and optical exttt{rgb} images. We find that the bar fraction in disk galaxies is independent of environment suggesting that bar formation may occur prior to the formation of galaxy clusters. The bar fraction in early type spirals ($Sa-Sb$) is $\sim$50%, which is twice as high as the late type spirals ($Sbc-Sm$). The higher bar fraction in early type spirals may be due to the fact that a significant fraction of their bulges are pseudo-bulges which form via the buckling instability of a bar. i.e. a large part of the Hubble sequence is due to secular processes which move disc galaxies from late to early types. There is a hint of a higher bar fraction with higher stellar masses which may be due to the susceptibility to bar instabilities as the baryon fractions increase in halos of larger masses. Overall, the $S0$ population has a lower bar fraction than the $Sa-Sb$ galaxies and their barred fraction drops significantly with decreasing stellar mass. This supports the notion that $S0s$ form via the transformation of disk galaxies that enter the cluster environment. The gravitational harassment thickens the stellar disks, wiping out spiral patterns and eventually erasing the bar - a process that is more effective at lower galaxy masses.

研究动机与目标

• 确定星系环境是否影响z ~ 0时盘状星系的棒状结构分数。
• 研究棒状结构分数如何随哈勃序列中盘状星系形态的变化而变化。
• 检验形态-密度关系是否由引力扰动等环境效应驱动。
• 评估缓慢过程（如棒驱动的伪核球形成）在形态演化中的作用。
• 通过一致的高分辨率目视分类，比较AMIGA样本中的孤立场星系与室女座星系团星系的棒状盘状星系分数。

提出的方法

• 利用高分辨率H波段（UKIDSS）和光学（SDSS DR7）成像，实现对棒状结构的稳健目视分类，最大限度减少尘埃和恒星形成污染。
• 选取两个代表性样本：来自AMIGA星表的孤立场星系和室女座星系团星系，覆盖恒星质量范围为10⁸至10¹² M⊙，哈勃类型为S0至Sm。
• 结合H波段和RGB图像进行目视分类，以确保准确识别棒状结构和盘状成分。
• 将盘状星系划分为三类形态：S0–S0a（透镜星系）、Sa–Sb（早型旋涡星系）和Sbc–Sm（晚型旋涡星系），以进行对比分析。
• 将棒状结构分数定义为各类环境和形态类别中棒状盘状星系占总盘状星系的比例。
• 通过一个独立的光学选样（NA10）验证结果，以检验棒状结构分数在不同密度区域的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 盘状星系的棒状结构分数是否依赖于局部环境，如孤立场与密集星系团？
• RQ2 在场星系和星系团环境中，不同形态类型（S0、Sa–Sb、Sbc–Sm）的棒状结构分数如何变化？
• RQ3 早型旋涡星系（Sa–Sb）中更高的棒状结构分数是否源于其固有属性（如重子物质分数）或缓慢演化过程？
• RQ4 星系团中的环境扰动在多大程度上抑制或消除棒状结构，特别是低质量星系中的棒状结构？
• RQ5 形态-密度关系是否可通过棒状结构破坏导致盘状星系向S0型星系转化来解释？

主要发现

• 在孤立场星系和室女座星系团星系中，棒状盘状星系分数均保持在30–35%的惊人恒定水平，表明环境依赖性不显著。
• 早型旋涡星系（Sa–Sb）的棒状结构分数约为50%，约为晚型旋涡星系（Sbc–Sm）的两倍（后者的棒状结构分数低于25%）。
• 透镜星系（S0–S0a）的棒状结构分数低于早型旋涡星系，低质量S0星系的棒状结构分数甚至低于10%，表明环境扰动的影响。
• 大质量S0星系（M⋆ > 10¹⁰ M⊙）的棒状结构分数约为50%，与早型旋涡星系相当，但低质量S0星系的棒状结构分数急剧下降，支持扰动驱动的形成机制。
• 棒状结构分数在不同环境中的恒定性表明，棒在星系团形成之前即已形成，与棒状结构分数随红移无显著演化的观测一致。
• 结果支持缓慢过程（特别是通过屈曲不稳定性驱动的棒状结构伪核球形成）在从晚型旋涡星系向早型旋涡星系演化过程中起关键作用。