[论文解读] Observations and modelling of a clumpy galaxy at z=1.6: Spectroscopic clues to the origin and evolution of chain galaxies

F. Bournaud, E. Daddi+8 more|ArXiv.org|Mar 27, 2008

Astronomy and Astrophysical Research被引用 75

一句话总结

本研究利用SINFONI积分场光谱和流体动力学模拟，调查了红移z=1.6的团块状高红移星系，发现其运动学特征和金属丰度梯度最合理的解释是内部盘面碎片化，而非并合。结果支持团块-星团星系是现今螺旋星系的前身，通过团块迁移和星系核球增长形成盘状结构。

ABSTRACT

We investigate the properties of a clump-cluster galaxy at redshift 1.57. The morphology of this galaxy is dominated by eight star-forming clumps in optical observations, and has photometric properties typical of most clump-cluster and chain galaxies. Its complex asymmetrical morphology has led to the suggestion that this system is a group merger of several initially separate proto-galaxies. We performed H_alpha integral field spectroscopy of this system using SINFONI on VLT UT4. These observations reveal a large-scale velocity gradient throughout the system, but with large local kinematic disturbances. Using a numerical model of gas-rich disk fragmentation, we find that clump interactions and migration can account for the observed disturbed rotation. On the other hand, the global rotation would not be expected for a multiply merging system. We further find that this system follows the stellar mass vs. metallicity, star formation rate and size relations expected for a disk at this redshift, and exhibits a disk-like radial metallicity gradient, so that the scenario of internal disk fragmentation is the most likely one. A red and metallic central concentration appears to be a bulge in this proto-spiral clumpy galaxy. A chain galaxy at redshift 2.07 in the same field also shows disk-like rotation. Such systems are likely progenitors of the present-day bright spiral galaxies, forming their exponential disks through clump migration and disruption and fueling their bulges. Our present results show that disturbed morphologies and kinematics are not necessarily signs of galaxy mergers and interactions, and can instead result from the internal evolution of primordial disks.

研究动机与目标

• 调查具有类似链状星系复杂形态的团块状高红移星系的起源。
• 确定紊乱的运动学特征和不对称性是否为星系并合的标志，还是内部盘面过程的产物。
• 评估内部盘面碎片化与外部并合在塑造团块-星团星系的运动学特征和金属丰度梯度中的作用。
• 检验UDF 6462的观测特性是否与盘面不稳定性模型和并合模拟的预测一致。

提出的方法

• 利用甚大望远镜（VLT）上的SINFONI对z=1.6星系UDF 6462进行Hα积分场光谱观测，以绘制其空间分辨运动学图。
• 通过富含气体的盘面碎片化数值流体动力学模拟，建模团块形成、迁移及其对运动学的影响。
• 将观测到的速度梯度和运动学扰动与并合模型及盘面碎片化模型的预测进行比较。
• 利用观测数据和包含化学演化过程的Tree-SPH模拟分析径向金属丰度梯度，评估其富集历史。
• 评估观测得到的光谱能量分布（SED）和形态特征与内部盘面演化模型及并合情景的一致性。
• 对比并合模型（含潮汐团块）与盘面碎片化模型（保留梯度）中的金属丰度分布。

实验结果

研究问题

• RQ1 UDF 6462中观测到的大尺度速度梯度和局部运动学扰动能否由内部盘面碎片化解释，而非并合？
• RQ2 UDF 6462的径向金属丰度梯度是否支持盘面起源，还是表明并合星系中既存核球的富集作用？
• RQ3 模拟并合星系中的金属丰度分布与UDF 6462中观测到的中心集中现象相比如何？
• RQ4 由盘面不稳定性形成的团块星系中，径向金属丰度梯度在多大程度上得以保留，与星系并合形成的情况相比？
• RQ5 UDF 6462的运动学与光度特性对高红移团块-星团星系的演化路径有何启示？

主要发现

• 星系UDF 6462表现出大尺度速度梯度和局部运动学扰动，与简单多重并合情景不一致。
• 数值模拟证实，富含气体盘面中团块的相互作用与向内迁移可重现观测到的复杂运动学特征。
• 观测到的径向金属丰度梯度——中心金属丰度峰值，外区团块金属丰度较低——最合理的解释是内部盘面碎片化，而非并合。
• 在并合模拟中，外区恒星形成团块常因潮汐剥离和内盘富集而表现出较高的金属丰度，与UDF 6462中观测到的金属丰度分布模式相矛盾。
• UDF 6462中红色、金属丰度高的中心集中区域被解释为通过团块迁移与并合形成的原核球。
• 同一区域中红移z=2.07的第二个链状星系也表现出盘状旋转特征，支持此类系统是现今螺旋星系的常见前身。