[论文解读] Searching for intergalactic star forming regions in Stephan's Quintet with SITELLE. I. Ionised gas structures and kinematics

S. Duarte Puertas, J. Iglésias-Páramo+4 more|arXiv (Cornell University)|Sep 12, 2019

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 47被引用 7

一句话总结

本研究利用SITELLE光谱仪对斯蒂芬五重星系中的电离气体结构与动力学特性进行测绘，揭示了复杂的三维丝状结构及五个不同的速度组分。研究证实了LSSR与NGC7319活动星系核之间存在气体桥接结构，识别出175个Hα发射区（其中22个具有多重组分），并支持通过大尺度外环结构实现的顺序相互作用情景。

ABSTRACT

Stephan's Quintet (SQ), the prototypical compact group of galaxies in the local Universe, has been observed with the imaging Fourier transform spectrometer SITELLE, attached to the CFHT, to perform a deep search for intergalactic star-forming emission. We present the extended ionised gaseous structures detected and analyse their kinematical properties. The large field of view (11'x11') and the spectral ranges of SITELLE have allowed a thorough study of the entire galaxy system, its interaction history and the main properties of the ionised gas. The observations have revealed complex 3D strands in SQ seen for the first time, as well as the spatially resolved velocity field for a new SQ dwarf galaxy (M82-like) and the detailed spectral map of NGC7320c, confirming its AGN nature. A total of 175 SQ H$α$ emission regions have been found, 22 of which present line profiles with at least two kinematical components. We studied 12 zones and 28 sub-zones in the SQ system to define plausible physical spatial connections between its different parts in the light of the kinematical information gathered. In this respect we have found 5 velocity systems in SQ: i) v=[5600-5900] $km\,s^{-1}$; ii) v=[5900-6100] $km\,s^{-1}$; iii) v=[6100-6600] $km\,s^{-1}$; iv) v=[6600-6800] $km\,s^{-1}$; and v) v=[6800-7000] $km\,s^{-1}$. No gas emission is detected in the old tail, neither near NGC7318A nor in NGC7317, and the connection between NGC7319 north lobe and starburst A cannot be confirmed. Conversely, a clear gaseous bridge has been confirmed both spatially and kinematically between the large-scale shock region and the NGC7319 AGN. Finally, a larger scale, outer rim winding the NGC7318B/A system clockwise north-west to south-east has been highlighted in continuum and in H$α$. This structure may be reminiscent of a sequence of a previously proposed scenario for SQ a sequence of individual interactions.

研究动机与目标

• 利用SITELLE的宽视场与高光谱分辨率，对斯蒂芬五重星系中的电离气体开展深度、空间分辨的调查。
• 通过Hα发射的详细动力学分析，识别并表征星系际的恒星形成区域。
• 基于速度与空间一致性，确定相互作用系统中不同组分之间的物理关联。
• 通过绘制延伸的气体结构与速度系统，检验顺序相互作用情景的有效性。
• 确认或排除此前推测可能含有恒星形成或潮汐碎屑区域的电离气体存在。

提出的方法

• 利用加拿大-法国-夏威夷望远镜上的SITELLE成像傅里叶变换光谱仪，获取11′×11′视场内空间分辨、高分辨率的光谱数据。
• 使用SN2滤光片进行深度窄带成像，以测绘整个系统中低面亮度的Hα发射。
• 分析光谱立方体，提取径向速度图，并识别单个发射区中的多重动力学组分。
• 基于空间与动力学一致性，将发射区按径向速度划分为五个不同的速度系统。
• 利用速度分辨图追踪气体桥接结构，连接NGC7319、LSSR和NGC7318B等关键组分。
• 应用统计与形态学分析，评估延伸结构（包括外环与潮汐碎屑）的空间连续性与动力学一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 斯蒂芬五重星系星际介质中电离气体的空间与动力学特性是什么？
• RQ2 在古老的潮汐尾以及NGC7318A或NGC7317附近是否存在可探测的Hα发射区，表明正在进行或曾经发生过恒星形成？
• RQ3 动力学与空间相关性是否能证实LSSR、NGC7319与SQA区域之间的物理连接？
• RQ4 是否存在一个大尺度、环绕NGC7318B/A系统的外环结构，从西北向东南延伸，且支持一系列独立相互作用的序列？
• RQ5 NGC7320c中的Hα发射性质如何？其是否指示活动星系核或恒星形成活动？

主要发现

• 在系统中检测到175个Hα发射区，其中22个表现出至少两个动力学组分的谱线轮廓。
• 在空间与动力学上均确认了LSSR大尺度激波区与NGC7319活动星系核之间存在清晰的气体桥接结构。
• 识别出五个不同的速度系统：v ≈ 5600–5900 km s⁻¹（新闯入者与南部碎屑）、5900–6100 km s⁻¹（星暴A区域）、6100–6600 km s⁻¹（LSSR丝状结构）、6600–6800 km s⁻¹（年轻潮汐尾与SQA区域）、6800–7000 km s⁻¹（连接LSSR与SQA的丝状结构）。
• 在古老潮汐尾及NGC7318A或NGC7317附近未检测到电离气体发射，表明这些区域当前并未发生恒星形成。
• 由于缺乏空间与动力学连续性，NGC7319北瓣与SQA之间的连接未获证实。
• 在连续谱与Hα图像中均突出显示了一个大尺度外环结构，从NGC7318B/A系统的西北向东南顺时针环绕，表明其与先前模型一致的过去一系列相互作用。