[论文解读] NGC 6340: an old S0 galaxy with a young polar disc. Clues from morphology, internal kinematics and stellar populations

Igor Chilingarian, A. P. Novikova+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 29, 2009

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 62被引用 20

一句话总结

本研究揭示NGC 6340为一个约120亿年历史的古老S0星系，其拥有一个约0.3–0.5亿年前通过小质量并合或冷气体吸积形成的年轻、反向旋转的极轨道盘。利用多波段测光、深度长缝光谱和全谱拟合，研究识别出一个三轴伪核球和一个由大质量并合形成的致密金属丰度高的星系核，其动力学方位角存在错位，且三个结构组分中存在截然不同的恒星种群。

ABSTRACT

Lenticular galaxies are believed to form by a combination of environmental effects and secular evolution. We study the nearby disc-dominated S0 galaxy NGC 6340 photometrically and spectroscopically to understand the mechanisms of S0 formation and evolution in groups. We use SDSS images to build colour maps and light profile of NGC 6340 which we decompose using a three-component model including Sersic and two exponential profiles. We also use Spitzer images to study the morphology of regions containing warm ISM and dust. Then, we re-process and re-analyse deep long-slit spectroscopic data for NGC 6340 and recover its stellar and gas kinematics, distribution of age and metallicity with the NBursts full spectral fitting. We obtain the profiles of internal kinematics, age, and metallicity out to >2 half-light radii. The three structural components of NGC 6340 are found to have distinct kinematical and stellar population properties. We see a kinematical misalignment between inner and outer regions of the galaxy. We confirm the old metal-rich centre and a wrapped inner gaseous polar disc (r~1 kpc) having weak ongoing star formation, counter-rotating in projection with respect to the stars. The central compact pseudo-bulge of NGC 6340 looks very similar to compact elliptical galaxies. In accordance with the results of numerical simulations, we conclude that properties of NGC 6340 can be explained as the result of a major merger of early-type and spiral galaxies which occurred about 12 Gyr ago. The intermediate exponential structure might be a triaxial pseudo-bulge formed by a past bar structure. The inner compact bulge could be the result of a nuclear starburst triggered by the merger. The inner polar disc appeared recently, 1/3-1/2 Gyr ago as a result of another minor merger or cold gas accretion.

研究动机与目标

• 理解透镜星系的形成与演化机制，特别是其在星系群环境中的演化。
• 解析NGC 6340中结构与动力学复杂性的起源，包括其中心致密伪核球与极轨道盘。
• 确定星系在有效半径以外区域的恒星种群年龄、金属丰度与动力学特性。
• 检验NGC 6340中观测到的特征是否可由星系并合的数值模拟再现。
• 区分在伪核球与极轨道盘形成过程中，自洽演化与并合驱动过程的相对作用。

提出的方法

• 利用SDSS与Spitzer档案图像构建颜色图，并采用三组分模型（Sérsic + 两个指数分布）分解光度分布。
• 通过一种新颖的天空背景减除技术重新处理深度长缝光谱数据，以提升信噪比与光谱保真度。
• 应用NBursts全谱拟合代码，推导出空间分辨的恒星种群参数（年龄、金属丰度）与动力学参数（视向速度、速度弥散度）。
• 将动力学与种群分析延伸至超过2个有效半径，以探测盘主导的外区区域。
• 将观测到的结构、动力学与种群分布与GalMer数据库中模拟星系并合的结果进行对比。
• 利用形态与动力学错位、金属丰度梯度及尘埃消光，约束极轨道盘与中心结构的起源。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC 6340内区与外区之间的动力学错位源于何处？
• RQ2 NGC 6340的三个结构组分（盘、指数型核球、致密星系核）中，恒星种群与金属丰度如何变化？
• RQ3 在约1 kpc半径处，年轻、反向旋转的极轨道盘的形成机制是什么？
• RQ4 NGC 6340的观测特征是否可由星系并合的数值模拟再现？
• RQ5 中心致密伪核球是通过自洽演化还是大质量并合事件形成的？

主要发现

• NGC 6340拥有一个动力学错位系统，其中心为一个古老且金属丰度高的致密核球，外侧约1 kpc处存在一个年轻、反向旋转的极轨道盘。
• 中心致密伪核球的性质与紧凑椭圆星系无异，暗示其起源于并合事件。
• 极轨道盘显示出微弱的恒星形成活动，极可能在0.3–0.5亿年前通过小质量并合或冷气体吸积形成。
• 中间的指数结构被解释为由过去棒不稳定性形成的三轴伪核球，而非自洽演化。
• 外区盘的金属丰度略低于同质量早期型星系的预期值，与包含螺旋星系前身星的等质量大质量并合情景一致。
• 等质量大质量并合（E0与Sa/Sb螺旋星系）的数值模拟可重现NGC 6340中观测到的三组分结构、动力学错位与增强的中心金属丰度。