[论文解读] The Fornax Deep Survey (FDS) with the VST XI. The search for signs of preprocessing between the Fornax main cluster and Fornax A group

A. H. Su, H. Salo+16 more|arXiv (Cornell University)|Jan 14, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 134被引用 7

一句话总结

本研究利用VST对582个星系进行深度成像，调查了福尔曼主星系群和福尔曼A星系群中星系的环境预处理过程。结果表明，福尔曼A星系群中的星系比福尔曼主星系群中的星系更蓝、更小、更亮，且更不对称和更呈团块状，表明在落入主星系群之前，星系群环境已对星系产生显著的预处理效应，且结构复杂性主要由恒星质量而非环境驱动。

ABSTRACT

We investigate the structural properties of cluster and group galaxies by studying the Fornax main cluster and the infalling Fornax A group, exploring the effects of galaxy preprocessing in this showcase example. Additionally, we compare the structural complexity of Fornax galaxies to those in the Virgo cluster and in the field. Our sample consists of 582 galaxies from the Fornax main cluster and Fornax A group. We quantified the light distributions of each galaxy based on a combination of aperture photometry, Sérsic+PSF (point spread function) and multi-component decompositions, and non-parametric measures of morphology (Concentration $C$; Asymmetry $A$, Clumpiness $S$; Gini $G$; second order moment of light $M_{20}$), and structural complexity based on multi-component decompositions. These quantities were then compared between the Fornax main cluster and Fornax A group. The structural complexity of Fornax galaxies were also compared to those in Virgo and in the field. Overall, we find significant differences in the distributions of quantities derived from Sérsic profiles ($g'-r'$, $r'-i'$, $R_e$, and $\barμ_{e,r'}$), and non-parametric indices ($A$ and $S$) between the Fornax main cluster and Fornax A group. Moreover, we find significant cluster-centric trends with $r'-i'$, $R_e$, and $\barμ_{e,r'}$, as well as $A$, $S$, $G$, and $M_{20}$ for galaxies in the Fornax main cluster. We find the structural complexity of galaxies increases as a function of the absolute $r'$-band magnitude (and stellar mass), with the largest change occurring between -14 mag $\lesssim M_{r'}\lesssim$ -19 mag. This same trend was observed for galaxies in the Virgo cluster and in the field, which suggests that the formation or maintenance of morphological structures (e.g. bulges, bar) is largely dependent on the stellar mass of the galaxies, rather than their environment.

研究动机与目标

• 调查福尔曼A星系群中的星系是否在落入福尔曼主星系群之前经历环境预处理。
• 比较福尔曼主星系群与福尔曼A星系群中星系的结构与形态特性，以检测早期环境转化的迹象。
• 通过多组分光度分解，评估星系质量与环境在塑造结构复杂性中的作用。
• 研究结构参数与非参数形态指数的径向分布趋势，以推断福尔曼主星系群内部的环境效应。
• 将福尔曼星系的结构复杂性与室女座星系群及场星系进行比较，以区分质量主导与环境主导的形态演化机制。

提出的方法

• 利用VST数据对582个来自福尔曼主星系群和福尔曼A星系群的星系进行多波段光度测量（g′, r′, i′）。
• 应用Sérsic轮廓拟合，以获得有效半径（Re）、表面亮度（μe）及颜色指数（g′−r′, r′−i′）。
• 计算非参数形态指数：集中度（C）、不对称性（A）、团块状（S）、基尼系数（G）和M20，以量化光分布的不规则性。
• 进行多组分光度分解，以建模结构复杂性（如星系核球、盘面、棒状结构），并确定每颗星系的组分数。
• 生成径向不对称性轮廓图与内-外颜色差值（Δ(g′−r′)），以探测内部结构梯度。
• 使用Kolmogorov-Smirnov检验与Spearman等级相关检验，比较分布并检测与晕中心距离的相关趋势。

实验结果

研究问题

• RQ1 福尔曼A星系群中的星系是否在结构与光度特性上与福尔曼主星系群中的星系存在差异，表明其经历了预处理？
• RQ2 福尔曼主星系群内部的结构参数与形态指数是否存在显著的径向趋势，表明环境转化仍在持续进行？
• RQ3 福尔曼星系的结构复杂性（多组分拟合中的组分数）是否与恒星质量或绝对星等相关？与室女座星系群及场星系样本相比有何异同？
• RQ4 激波压力剥离与潮汐相互作用等环境机制在福尔曼星系群与主星系群中对星系性质的塑造作用有多大？
• RQ5 星系结构（如核球、棒状结构）的形成或维持主要由星系质量驱动，还是由环境效应主导？

主要发现

• 福尔曼A星系群中的星系在统计上显著更蓝（残差g′−r′）、更小（Re更小）、更亮（μe更高），且更不对称和更呈团块状（A与S更高），与福尔曼主星系群中的星系相比具有显著差异（KS检验p < 0.05）。
• 福尔曼主星系群中的星系表现出显著的星系团中心趋势：向星系团中心靠近时，Re增大，表面亮度（μe）降低，不对称性/团块状（A, S）减弱，表明在落入过程中经历了环境平滑化作用。
• 福尔曼A星系群中未发现显著的星系群中心趋势，可能由于样本量较小，但g′−r′与Δ(g′−r′)的弱相关性提示可能存在早期气体剥离。
• 结构复杂性（多组分拟合中的组分数）随绝对r′波段星等（及恒星质量）增加而增强，在Mr′ ≈ −14至−19等（log10(M*/M☉) ≈ 7.5–9.7）之间达到峰值，该趋势在福尔曼、室女座星系群及场星系中均一致。
• 结构复杂性与恒星质量之间存在强烈相关性，且该现象在所有三种环境中均被观测到，表明质量是形态结构形成的主要驱动力，而非环境因素。
• 福尔曼主星系群与福尔曼A星系群之间残差g′−r′与Δ(g′−r′)的差异表明，激波压力剥离与潮汐相互作用是星系群中关键的预处理机制。