[论文解读] Spatially resolved analysis of neutralwWinds, stars, and ionized gas kinematics with MEGARA/GTC: new insights on the nearby galaxy UGC 10205

C. Catalán-Torrecilla, Á. Castillo-Morales+6 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2020

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 137被引用 9

一句话总结

本研究利用GTC望远镜上的MEGARA高分辨率积分场光谱仪，分析了近邻侧向螺旋星系UGC 10205中多相动力学。研究揭示了复杂的电离气体动力学，存在多达三个运动学组分，并检测到一个冷中性外流，其质量外流速率为0.78 ± 0.03 M⊙ yr⁻¹，表明高分辨率IFS在探测宁静星系中星系风方面的重要性。

ABSTRACT

We present a comprehensive analysis of the multiphase structure of the interstellar medium (ISM) and the stellar kinematics in the edge-on nearby galaxy UGC 10205 using integral field spectroscopy (IFS) data taken with MultiEspectrógrafo en GTC de Alta Resolución para Astronomía (MEGARA) at the GTC. We explore both the neutral and the ionized gas phases using the interstellar Na I D doublet absorption (LR−V setup, R ∼ 6000) and the Hα emission line (HR−R setup, R ∼ 18000), respectively. The high-resolution data show the complexity of the Hα emission-line profile revealing the detection of up to three kinematically distinct gaseous components. Despite of this fact, a thin-disk model is able to reproduce the bulk of the ionized gas motions in the central regions of UGC 10205. The use of asymmetric drift corrections is needed to reconciliate the ionized and the stellar velocity rotation curves. We also report the detection of outflowing neutral gas material blueshifted by ∼ 87 km s^(−1) . The main physical properties that describe the observed outflow are a total mass M_(out) = (4.55 ± 0.06) × 10^(7) Mʘ and a coldgas mass outflow rate M_(out) = 0.78  0.03 Mʘ yr^(−1) . This work points out the necessity of exploiting highresolution IFS data to understand the multiphase components of the ISM and the multiple kinematical components in the central regions of nearby galaxies.

研究动机与目标

• 研究近邻侧向螺旋星系UGC 10205中星际介质（ISM）的多相动力学。
• 通过分析电离气体与中性气体组分，确定星系风在塑造星系演化中的作用。
• 评估在早型螺旋星系中，为调和恒星与电离气体旋转曲线，不对称速度校正（ADC）的必要性。
• 利用薄壳模型与ISM吸收线表征冷中性外流的物理特性。
• 以空间分辨方式探索电离气体的动力学结构及其与尘埃带和恒星动力学的关系。

提出的方法

• 使用GTC望远镜上的MEGARA获取高分辨率积分场光谱（IFS）数据，采用两种观测模式：LR−V（R ~ 6000）通过Na I D吸收线探测中性气体，HR−R（R ~ 18,000）通过Hα发射线探测电离气体。
• 利用Voronoi分箱与矩分析方法，从恒星速度弥散度与视线速度构建二维恒星动力学图。
• 应用不对称速度校正（ADC）以调和恒星与电离气体旋转曲线，使用公式Vrot(stars) = Vrot(gas) × (1 + ADC)。
• 采用倾角i = 75°的薄盘动力学模型，对Hα发射线轮廓进行建模，以重现电离气体的动力学行为。
• 利用薄壳模型，从Na I D吸收线的动力学特征估算冷中性风的总质量与质量外流速率。
• 分析电离气体、中性气体与尘埃带的空间分布，以识别不同的运动学组分及其几何关联。

实验结果

研究问题

• RQ1 UGC 10205中心区域的电离气体（Hα）与中性气体（Na I D）的动力学特性是什么？
• RQ2 电离气体与恒星旋转曲线如何比较？不对称速度校正在此调和过程中起到何种作用？
• RQ3 所检测到的冷中性外流的物理参数（质量、质量外流速率）是什么？
• RQ4 电离气体中是否存在多个运动学组分？它们与尘埃带和恒星结构有何关系？
• RQ5 简单的薄盘模型能否重现UGC 10205中心区域复杂的Hα线轮廓？

主要发现

• UGC 10205中的电离气体表现出多达三个动力学上独立的组分，其中一个组分最适宜用倾角i = 75°的薄盘模型描述。
• 仅在应用不对称速度校正后，恒星与电离气体旋转曲线才得以调和，得到平均Vrot(stars)/Vrot(gas)比值为0.75 ± 0.08。
• 检测到一个蓝移约87 km s⁻¹的冷中性外流，总质量为Mout = (4.55 ± 0.06) × 10⁷ M⊙，质量外流速率为˙Mout = 0.78 ± 0.03 M⊙ yr⁻¹。
• 外流可能由过去的次要并合活动驱动，其证据包括壳状结构与向内运动的中性气体组分。
• Na I D吸收线揭示了一个红移约(114 ± 5) km s⁻¹的前导前景组分，表明向内区域存在温和的内流。
• 电离气体被限制在旋转盘内，而中性气体表现出复杂动力学，包括一个与东北半短轴对齐的蓝移组分，与星系外流一致。