[论文解读] The Cometary Blue Compact Dwarf Galaxies Mkn 59 and Mkn 71: Clues to Dwarf Galaxy Evolution?

K. G. Noeske, N. G. Guseva+4 more|arXiv (Cornell University)|Jul 11, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 3

一句话总结

本研究利用深度光谱测光和哈勃空间望远镜（HST）成像，对彗星状蓝致密矮星系Mkn 59和Mkn 71进行研究，以探讨其宿主星系结构与星暴特性。研究发现，其低表面亮度宿主星系的年龄显著年轻（约20亿年），远早于典型的iE/nE型B型BCC，且金属混合效率高，结构参数居中，表明彗星状BCC可能代表了年轻i0型BCC与经典iE/nE型BCC之间的独特演化阶段。

ABSTRACT

"Cometary" Blue Compact Dwarf Galaxies (iI,C BCDs) are characterized by off-center starbursts close to the end of an elongated dwarf irregular (dI)-like host galaxy. This may either represent randomly enhanced star-forming activity of a dI, or may be caused by a set of special properties of such systems or their environment. For a first investigation of this issue, we analyse the nearby iI,C BCDs Markarian 59 and Markarian 71. Using deep ground-based spectrophotometric data and HST images, we derive physical properties, structure and ages of the starburst regions and the underlying stellar host galaxies. The metallicities show small scatter in the vicinity of the star-forming regions and along the major axis of Mrk 59 which suggests effective mixing of heavy elements on kpc scales. The surface brightness profiles of the underlying host galaxies in either iI,C BCD show an exponential decay with a central surface brightness and scale length that are intermediate between typical iE/nE BCDs and dIs. Spectral population synthesis models in combination with colour magnitude diagrams and colour profiles yield most likely formation ages of ~2 Gyr for the host galaxies in both iI,C BCDs, with upper limits of ~4 Gyr for Mrk 59 and ~3 Gyr for Mrk 71, i.e. significantly lower than the typical age of several Gyr derived for the host galaxies of iE/nE BCDs. These findings raise the question whether iI,C systems form a distinct class within BCDs with respect to the age and structure of their hosts, or whether they represent an evolutionary stage connecting young i0 BCDs and "classical" iE/nE BCDs. Properties of analogous objects studied in the local universe and at medium redshifts provide some support for this evolutionary hypothesis.

研究动机与目标

• 确定彗星状蓝致密矮星系（iI,C BCDs）中低表面亮度（LSB）宿主星系的年龄与结构特性，此类系统稀少，且星暴位于非中心位置。
• 评估iI,C BCDs的形态异常是否源于内在物理特性，而非随机过程。
• 研究星暴区域及宿主星系主轴方向上的金属丰度分布与混合效率。
• 评估iI,C BCDs是否代表一个独立类别，或为连接年轻i0型BCC与经典iE/nE型BCC的演化阶段。

提出的方法

• 利用深度地面光谱测光与HST成像，获取Mkn 59和Mkn 71的高动态范围表面亮度剖面（SBPs）。
• 采用剖面分解方法分离星暴与LSB宿主成分，其径向范围通过Hα与颜色图进行验证。
• 利用长缝光谱测量电离气体发射线，随后进行半经验建模并减去，以分离出潜在的恒星连续谱。
• 在缝线多个位置应用光谱群体合成建模，推导出恒星群体的年龄与金属丰度。
• 通过发射线分析测量氧丰度，并评估金属梯度以推断混合效率。
• 将结果与其他已知的彗星状BCC进行比较，以检验一致性并支持演化假说。

实验结果

研究问题

• RQ1 彗星状BCC的低表面亮度宿主星系是否显著年轻于经典iE/nE型BCC？
• RQ2 iI,C BCDs中非中心星暴形态是否与宿主星系的结构与年龄特性相关？
• RQ3 在iI,C BCDs宿主星系中，金属混合是否足够高效，以在数kpc尺度上产生较小的金属梯度？
• RQ4 iI,C BCDs宿主的结构与年龄特性是否使其在潜在的演化序列中处于dI/dE与iE/nE型BCC之间？
• RQ5 iI,C BCDs的形态异常是否可由内在物理过程解释，而非随机事件？

主要发现

• Mkn 59与Mkn 71的LSB宿主星系的方位平均径向表面亮度剖面可用指数律良好拟合，其中心表面亮度与尺度长度介于典型iE/nE型BCC与不规则矮星系之间。
• 光谱群体合成建模表明，LSB宿主星系最可能的形成年龄约为20亿年，Mkn 59的上限为约40亿年，Mkn 71的上限为约30亿年。
• Mkn 59的平均氧丰度为12+log(O/H) = 8.0（1/8 Z☉），Mkn 71为12+log(O/H) = 7.8（1/14 Z☉），符合BCC典型值，且星暴区域与主轴方向的散差极小（约0.2 dex）。
• 金属丰度散差小，表明在两个系统中，重元素在数kpc尺度上实现了高效的混合。
• 五个其他具有可用数据的彗星状BCC表现出相似的结构与年龄特性，支持iI,C形态具有共同的物理起源。
• 研究结果表明，iI,C BCDs可能代表了年轻i0型BCC与经典iE/nE型BCC之间的独特演化阶段，而非随机现象。