[论文解读] Stellar dynamics of blue compact galaxies. II. Further indications of a merger in ESO 338-IG04

Robert Cumming, Kambiz Fathi+6 more|ArXiv.org|Oct 24, 2007

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 46被引用 15

一句话总结

本研究利用甚大望远镜/FORS2长缝光谱仪对蓝致密星系 ESO 338-IG04 的近红外 Ca II 三重线进行观测，研究其恒星运动学，发现尽管 Hα 的速度场呈现混沌特征，恒星与电离气体的速度仍基本一致。结果表明该星系未处于动力学平衡状态，强烈支持当前星暴起源于并合事件，且证明在致密星暴星系中，仅靠发射线速度场无法可靠追踪引力势能。

ABSTRACT

Luminous blue compact galaxies, common at z~1 but now relatively rare, show disturbed kinematics in emission lines. As part of a programme to understand their formation and evolution, we have investigated the stellar dynamics of a number of nearby objects in this class. We obtained long-slit spectra with VLT/FORS2 in the spectral region covering the near-infrared calcium triplet. In this paper we focus on the well-known luminous blue compact galaxy ESO 338-IG04 (Tololo 1924-416). A previous investigation, using Fabry-Perot interferometry, showed that this galaxy has a chaotic H-alpha velocity field, indicating that either the galaxy is not in dynamical equilibrium or that H-alpha does not trace the gravitational potential due to feedback from star formation. Along the apparent major axis, the stellar and ionised gas velocities for the most part follow each other. The chaotic velocity field must therefore be a sign that the young stellar population in ESO 338-IG04 is not in dynamical equilibrium. The most likely explanation, which is also supported by its morphology, is that the galaxy has experienced a merger and that this has triggered the current starburst. Summarising the results of our programme so far, we note that emission-line velocity fields are not always reliable tracers of stellar motions, and go on to assess the implications for kinematic studies of similar galaxies at intermediate redshift.

研究动机与目标

• 确定在明亮蓝致密星系（LBCGs）中，特别是 ESO 338-IG04 中，恒星与电离气体运动学是否追踪相同的引力势能。
• 评估发射线速度场（如 Hα）作为 LBCGs 中动力学质量与引力势能的示踪器的可靠性。
• 调查 LBCGs 中的扰动运动学是否由反馈、并合引发的动力学过程或非平衡状态引起。
• 评估气体-恒星运动学解耦对依赖发射线运动学的高红移研究的启示。
• 确定 ESO 338-IG04 中观测到的速度场是否与并合触发的星暴一致，而非仅由内部反馈引起。

提出的方法

• 利用甚大望远镜/FORS2 对 ESO 338-IG04 获取长缝光谱，覆盖近红外 Ca II 三重线（849.8、854.2、866.2 nm），以测量恒星速度与速度 dispersion。
• 通过与模板恒星光谱互相关，并采用惩罚性像素拟合（pPXF）方法，从 Ca II 三重线吸收特征中推导出径向速度与速度 dispersion。
• 将推导出的恒星速度场与已有的 Fabry-Perot 观测得到的 Hα 发射线速度场（Östlin 等，2001）进行比较，以评估运动学的一致性。
• 分析沿主轴方向气体与恒星之间运动学耦合的空间变化，识别出解耦或一致的区域。
• 评估由 Hα 旋转曲线得出的动力学质量估计值，并与光度测量的恒星质量进行比较，以评估质量缺陷与动力学平衡状态。
• 结合形态学与运动学证据推断并合的存在，包括混沌速度场与缺乏旋转支持的特征。

实验结果

研究问题

• RQ1 ESO 338-IG04 中的恒星与电离气体速度场是否追踪相同的引力势能？
• RQ2 ESO 338-IG04 中的混沌 Hα 速度场是由反馈引起，还是由并合引发的动力学非平衡状态所致？
• RQ3 在致密星暴星系中，发射线速度场在多大程度上可作为恒星运动学的可靠代理？
• RQ4 在低旋转、致密星系（如 ESO 338-IG04）中，速度 dispersion 在支持引力势能方面起什么作用？
• RQ5 ESO 338-IG04 的运动学结果对解释中等红移类似星系有何启示？

主要发现

• 在 ESO 338-IG04 的主轴方向上，恒星速度场与电离气体（Hα）速度场高度一致，表明在外区气体与恒星处于动力学耦合状态。
• 尽管在外区存在一致性，中心区域的 Hα 速度场呈现混沌特征，无明显旋转对称性，表明系统未处于动力学平衡状态。
• 由 Hα 速度场推导出的动力学质量与光度测量的恒星质量不一致，表明缺乏旋转支持，系统处于非平衡状态。
• 观测到的运动学不规则性无法仅由反馈解释，因为恒星速度场仍保持一致，从而排除了外流作为唯一成因。
• 混沌气体运动学、缺乏旋转支持以及形态学特征的综合证据强烈支持 ESO 338-IG04 当前星暴起源于并合事件。
• 本研究证明，在致密星暴星系中，特别是受并合影响的系统中，发射线速度场并非底层引力势能的可靠示踪器。