[论文解读] The CALIFA survey across the Hubble sequence: Spatially resolved stellar population properties in galaxies

R. M. González Delgado, R. García-Benito+33 more|arXiv (Cornell University)|Jun 12, 2015

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 135被引用 148

一句话总结

本研究利用CALIFA巡天提供的空间分辨积分场光谱，分析了跨越所有哈勃类型、共300个星系的恒星群体属性——年龄、金属丰度、质量面密度和消光——的特性。研究发现，星系形态（而不仅仅是恒星质量）主导了熄灭过程和结构梯度的形成，螺旋星系表现出由内而外的生长特征，而主要并合则塑造了早型星系的浅金属丰度梯度。

ABSTRACT

This paper characterizes the radial structure of stellar population properties of galaxies in the nearby universe, based on 300 galaxies from the CALIFA survey. The sample covers a wide range of Hubble types, and galaxy stellar mass. We apply the spectral synthesis techniques to recover the stellar mass surface density, stellar extinction, light and mass-weighted ages, and mass-weighted metallicity, for each spatial resolution element in our target galaxies. To study mean trends with overall galaxy properties, the individual radial profiles are stacked in seven bins of galaxy morphology. We confirm that more massive galaxies are more compact, older, more metal rich, and less reddened by dust. Additionally, we find that these trends are preserved spatially with the radial distance to the nucleus. Deviations from these relations appear correlated with Hubble type: earlier types are more compact, older, and more metal rich for a given mass, which evidences that quenching is related to morphology, but not driven by mass. Negative gradients of ages are consistent with an inside-out growth of galaxies, with the largest ages gradients in Sb-Sbc galaxies. Further, the mean stellar ages of disks and bulges are correlated, with disks covering a wider range of ages, and late type spirals hosting younger disks. The gradients in stellar mass surface density depend mostly on stellar mass, in the sense that more massive galaxies are more centrally concentrated. There is a secondary correlation in the sense that at the same mass early type galaxies have steeper gradients. We find mildly negative metallicity gradients, shallower than predicted from models of galaxy evolution in isolation. The largest gradients occur in Sb galaxies. Overall we conclude that quenching processes act in manners that are independent of mass, while metallicity and galaxy structure are influenced by mass-dependent processes.

研究动机与目标

• 表征本地宇宙中多样化星系类型在哈勃序列中的恒星群体属性径向梯度。
• 区分恒星质量与形态在塑造星系演化中的作用。
• 利用高分辨率空间分辨数据检验星系形成理论模型。
• 探究早型与晚型星系中熄灭过程、金属丰度梯度与结构属性之间的关联。
• 评估反馈机制与并合历史对观测到的年龄、金属丰度和质量面密度径向分布的影响。

提出的方法

• CALIFA巡天为哈勃序列中300个星系提供了空间分辨、信噪比高的积分场光谱。
• 在每个空间分辨率单元上应用光谱合成技术，推导出恒星群体参数：恒星质量面密度（μ⋆）、消光（AV）、光加权与质量加权年龄，以及质量加权金属丰度（⟨log Z⋆⟩M）。
• 提取这些属性的径向分布，并按七个哈勃类型区间（E至Sd）进行统计叠加，以识别平均趋势。
• 采用化石记录法，从观测光谱重建恒星形成与化学富集历史。
• 将结果与宇宙学模拟及星系演化理论模型（包括RaDES和Mollá & Díaz, 2005模型）进行比较。
• 统计叠加方法可有效抑制单个星系的噪声与空间分辨率效应，实现对径向梯度的稳健检测。

实验结果

研究问题

• RQ1 恒星群体属性（年龄、金属丰度、质量面密度、消光）在哈勃序列中如何随径向变化？
• RQ2 星系熄灭过程在多大程度上由恒星质量驱动，而非形态？
• RQ3 观测到的金属丰度与年龄梯度在螺旋星系与早型星系中的起源是什么？
• RQ4 观测到的径向分布与宇宙学模拟及化学演化模型的预测相比如何？
• RQ5 主要与次要并合在塑造早型星系核心区域中扮演何种角色？

主要发现

• 更高质量的星系更紧凑、更年老、更富金属且尘埃更少，这些趋势在所有哈勃类型中均保持径向一致。
• 在相同恒星质量下，早型星系（E/S0）比晚型星系更紧凑、更年老、更富金属，表明形态驱动的熄灭过程独立于质量存在。
• 光加权年龄梯度为负值（由内而外生长）在Sb–Sbc星系中最强，而在2 HLR以外区域梯度较平缓或接近平坦，表明恒星形成均匀或存在显著的恒星迁移。
• 恒星质量面密度梯度主要取决于恒星质量，质量越大则越集中于中心；在相同质量下，早型星系梯度更陡，表明形态起次要作用。
• 金属丰度梯度呈轻微负值，且比孤立演化模型的预测更平缓，其中Sb–Sbc星系的梯度最大，与银河系盘面测量结果及RaDES模拟一致。
• 所有螺旋星系中消光均随半径向外减小，与质量无关；其消光比早型星系更红，但无法可靠区分哈勃类型。