[论文解读] Stellar dynamics observations of a double nucleus in M 83

N. Thatte, Matthias Tecza+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 25, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 3

一句话总结

本研究利用甚大望远镜（VLT）ISAAC仪器的近红外光谱，首次直接提供了螺旋星系M 83中存在双核的证据。观测显示，两个速度弥散峰相距2.7角秒，每个峰在5.4 pc范围内均指示出1.3 × 10⁷ M☉的动态质量，表明可能存在大质量恒星团或超大质量暗态天体，其中次峰很可能因超过10等的消光而被遮蔽于星系的动力学中心处。

ABSTRACT

We report on the discovery of a double nucleus in M 83, based on measurements of the line of sight velocity distribution of stars observed at near infrared wavelengths with the VLT ISAAC spectrograph. We observe two peaks separated by 2.7" in the velocity dispersion profile of light from late-type stars measured along a slit 0.6" wide, centered on the peak of K band emission and with P.A. 51.7 degrees. The first peak coincides with the peak of the K band light distribution, widely assumed to be the galaxy nucleus. The second peak, of almost equal strength, almost coincides with the center of symmetry of the outer isophotes of the galaxy. The secondary peak location has little K band emission, and appears to be significantly extincted, even at near infrared wavelengths. It also lies along a mid-infrared bar, previously identified by Gallais et al. (1991) and shows strong hydrogen recombination emission at 1.875 microns. If we interpret the observed stellar velocity dispersion as coming from a virialized system, the two nuclei would each contain an enclosed mass of 13.2 x 10^6 M_sun within a radius of 5.4pc. These could either be massive star clusters, or supermassive dark objects.

研究动机与目标

• 利用高分辨率近红外光谱研究M 83核区的恒星运动学。
• 确定观测到的速度弥散双峰是否表明存在双核系统，或仅为单一核区的复杂动力学结构。
• 利用恒星动力学和Jeans方程建模，估算每个核周围5.4 pc内的质量束缚量。
• 评估次核的本质，特别是其被遮蔽的亮度及其作为星系动力学中心的潜在作用。
• 探讨M 83中双核、中红外发射以及棒状结构之间的关联。

提出的方法

• 使用甚大望远镜（VLT）ISAAC仪器在近红外波段（2.238–2.361 µm）进行中等分辨率长缝光谱观测，覆盖M 83的主轴和次轴。
• 基于2.29 µm长波长处的深CO三重带特征，利用实测光谱与K1III至M5III型巨星的恒星模板，反演得到恒星速度弥散函数。
• 假设系统处于virial平衡状态，应用Jeans方程估算5.4 pc内的质量束缚量。
• 利用NTT望远镜上SOFI仪器的测光数据，识别K波段测光峰值以及外部等高线的对称中心。
• 通过次核位置缺乏K波段发射而中红外和Hα发射强烈这一现象，推断其消光程度。
• 通过比较次核位置与外部等高线的对称中心以及中红外棒结构形态，交叉验证动力学中心。

实验结果

研究问题

• RQ1 M 83核区的速度弥散函数是否揭示了双核存在的证据？
• RQ2 每个速度弥散峰周围5.4 pc内的质量束缚量是多少？
• RQ3 尽管存在显著的质量集中，为何次核在K波段如此暗淡？
• RQ4 次核是否位于M 83的真实动力学中心，如等高线对称性与棒结构形态所示？
• RQ5 与次核相关的中红外和Hα发射的性质是什么？

主要发现

• 检测到两个相距2.7角秒的独立速度弥散峰，主峰与K波段测光峰值重合，次峰位于其西南方向2.7角秒处。
• 每个核在5.4 pc半径内均对应1.3 × 10⁷ M☉的动态质量，基于Jeans方程在virial平衡假设下推导得出。
• 主核包含2.5 × 10⁶ M☉的恒星种群，与2500万至6000万年前一次瞬时恒星形成爆发一致。
• 次核被超过10个星等的消光遮蔽，表现为尽管中红外和Hα发射（波长1.875 µm）强烈，但K波段无发射。
• 次核与外部等高线的对称中心以及中红外棒结构完全对齐，表明其为星系的真实动力学中心。
• 该系统可能由棒驱动的气体内流所驱动，恒星形成沿棒结构触发，与观测到的中红外和Hα发射一致。