[论文解读] The Evolutionary History of Local Group Irregular Galaxies

E. K. Grebel|arXiv (Cornell University)|Mar 9, 2004

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 3被引用 4

一句话总结

本文研究了本星系群不规则星系和矮不规则星系的演化历史，强调其持续的、随机的恒星形成、低金属丰度的化学演化以及环境适应性。研究发现，这些星系在哈勃时标内表现出长期的恒星形成，有效产率较低且[α/Fe]比值低于太阳值，表明大质量超新星（II型）贡献减少，并可能存在选择性风导致的金属损失。

ABSTRACT

Irregular (Irr) galaxies are gas-rich objects with recent or ongoing star formation. In absence of spiral density waves, star formation occurs largely stochastically. The scattered star-forming regions tend to be long-lived and migrate slowly. Older populations have a spatially more extended and regular distribution. In fast-rotating Irrs high star formation rates with stronger concentration toward the galaxies' center are observed, and cluster formation is facilitated. In slowly or nonrotating dwarf Irrs (dIrrs) star formation occurs more quiescently, and the formation of OB associations is common. Irrs and dIrrs tend to experience continuous star formation with amplitude variations and to continue to form stars for another Hubble time. Irrs exhibit lower effective yields than spirals, and [alpha/Fe] ratios below the solar value. This may be indicative of fewer Type II SNe and lower astration rates in their past. Alternatively, many metals may be lost from the shallow galaxy potential wells due to selective winds. The differences in the metallicity-luminosity relation between dIrrs and dwarf spheroidals (which, despite their lower masses, tend to have too high a metallicity for their luminosity as compared to dIrrs) further supports the idea of slow astration and slow enrichment in dIrrs. The current data on age-metallicity relations are still too sparse to distinguish between infall, leaky-box, and closed-box models. The preferred location of dIrrs in the outer parts of galaxy groups and clusters and in the field as well as the positive correlation between gas content and distance from massive galaxies indicate that these dIrrs probably have not yet experienced significant interactions or galaxy harassment. (Abridged)

研究动机与目标

• 理解本星系群中不规则星系和矮不规则星系的长期恒星形成与化学演化过程。
• 确定这些星系是否遵循封闭箱、漏箱或吸积模型的化学演化规律。
• 评估星系际作用（如激波压力和潮汐剥离）对气体含量和形态的影响。
• 比较矮不规则星系（dIrrs）与矮椭圆星系（dSphs）的化学演化，特别是金属丰度-光度关系的差异。
• 评估恒星反馈与超新星驱动湍流对中性气体和分子气体分布及稳定性的影响力。

提出的方法

• 利用哈勃空间望远镜的测光数据，对本星系群dIrrs和Irrs的高分辨率图像进行恒星形成历史重建。
• 利用6–10米级地面望远镜及其光谱仪测量单颗恒星的金属丰度和元素丰度。
• 分析H i分布与运动学，以推断旋转曲线、气体稳定性及潜在的相互作用。
• 将观测到的金属丰度-光度关系与金属丰度-表面亮度关系与理论模型（封闭箱、漏箱、吸积）进行比较。
• 评估[α/Fe]比值与有效产率，以推断过去超新星贡献与恒星消耗速率。
• 分析气体含量、与大质量星系的距离以及形态分异之间的相关性，以推断环境效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 本星系群中的不规则星系和矮不规则星系是否遵循封闭箱、漏箱或吸积模型的化学演化？
• RQ2 与旋涡星系相比，dIrrs为何表现出观测到的亚太阳[α/Fe]比值和低有效产率？
• RQ3 快速旋转与慢速旋转的dIrrs在恒星形成模式与气体分布上存在何种差异？
• RQ4 尽管质量相近，为何dIrrs在给定光度下的金属丰度低于dSphs？
• RQ5 激波压力或潮汐剥离等环境过程在多大程度上影响了dIrrs的气体含量及其演化路径？

主要发现

• Irr和dIrr星系表现出持续的恒星形成，其形成速率在哈勃时标内仅波动2–3倍，表明长期稳定。
• dIrrs和Irrs中的老年恒星种群在空间上更广泛分布且分布均匀，与年轻OB星协的团块状、分散分布形成鲜明对比。
• dIrrs的[α/Fe]比值为亚太阳值，表明II型超新星贡献较低，且其演化历史中恒星消耗速率较低。
• 与旋涡星系相比，dIrrs的有效产率更低，这可能源于浅势阱导致的金属保留效率低下及选择性风驱动的金属损失。
• 气体含量与距离大质量星系的距离之间存在强烈正相关，表明星系群外围的dIrrs尚未经历显著的环境剥离。
• dIrrs的金属丰度-光度关系与dSphs相比发生偏移，表明dSphs在早期经历了比dIrrs更快的化学富集过程。