[论文解读] The Fornax3D project: Planetary nebulae catalogue and independent distance measurements to Fornax cluster galaxies

T. W. Spriggs, M. Sarzi+18 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 87被引用 13

一句话总结

本研究利用甚大望远镜/多复用光谱仪（VLT/MUSE）积分场光谱，对福尔曼星系群中21个早型星系核心区域的1,350个行星状星云（PNe）进行了目录编制。通过拟合行星状星云光度函数（PNLF）并校正探测不完整性，作者得出福尔曼星系群的独立距离为19.86 ± 0.32 Mpc，与表面亮度涨落（SBF）测量结果高度一致，解决了此前PNLF与SBF方法之间的矛盾。

ABSTRACT

Extragalactic planetary nebulae (PNe) offer a way to determine the distance to their host galaxies thanks to the nearly universal shape of the planetary nebulae luminosity function (PNLF). Accurate PNe distance measurements rely on obtaining well-sampled PNLFs and the number of observed PNe scales with the encompassed stellar mass. This means either disposing of wide-field observations or focusing on the bright central regions of galaxies. In this work we take this second approach and conduct a census of the PNe population in the central regions of galaxies in the Fornax cluster, using VLT/MUSE data for the early-type galaxies observed over the course of the Fornax3D survey. Using such integral-field spectroscopic observations to carefully separate the nebular emission from the stellar continuum, we isolated [OIII] 5007 {\AA} sources of interest, filtered out unresolved impostor sources or kinematic outliers, and present a catalogue of 1350 unique PNe sources across 21 early-type galaxies, which includes their positions, [OIII] 5007 {\AA} line magnitudes, and line-of-sight velocities. Using the PNe catalogued within each galaxy, we present independently derived distance estimates based on the fit to the entire observed PNLF observed while carefully accounting for the PNe detection incompleteness. With these individual measurements, we arrive at an average distance to the Fornax cluster itself of 19.86 $\pm$ 0.32 Mpc ($\mu_{PNLF}$ = 31.49 $\pm$ 0.04 mag). Our PNLF distance measurements agree well with previous distances based on surface brightness fluctuations, finding no significant systematic offsets between the two methods as otherwise reported in previous studies.

研究动机与目标

• 对福尔曼星系群中早型星系核心区域的行星状星云（PNe）进行全面普查，这些区域恒星背景较强，传统测光方法受限。
• 开发一种在密集星系核心中利用积分场光谱技术可靠探测PNe的方法，实现星云发射线与恒星连续谱的有效分离。
• 利用行星状星云光度函数（PNLF）对福尔曼星系群星系的独立距离进行估算，同时考虑探测不完整性的影响。
• 检验PNLF的普适性，并解决PNLF与表面亮度涨落（SBF）距离测量之间的差异。

提出的方法

• 利用甚大望远镜/MUSE积分场光谱仪，对福尔曼星系群中21个早型星系进行深度、空间分辨的观测。
• 通过全谱拟合进行恒星连续谱减除，以分离出星云源的[O iii] 5007 Å发射线。
• 识别并剔除未分辨的假象源和运动学异常值，从而获得1,350个独特的行星状星云的纯净样本。
• 对每个星系的观测PNLF使用广义解析形式进行拟合，并通过蒙特卡洛模拟校正探测不完整性。
• 将各星系基于PNLF的距离模数进行加权平均，计算福尔曼星系群的总距离。
• 与SBF及其他距离指示器对比验证结果，评估系统性偏差。

实验结果

研究问题

• RQ1 在恒星背景占主导的福尔曼星系群早型星系核心区域，行星状星云的分布和光度函数如何？
• RQ2 能否利用积分场光谱技术在高表面亮度星系核心中可靠测量行星状星云光度函数（PNLF）？
• RQ3 基于PNLF的福尔曼星系群独立距离是多少？与表面亮度涨落（SBF）等既定方法相比如何？
• RQ4 PNLF与SBF距离测量之间是否存在系统性偏差？若存在，是否可通过提高探测完整性和改进建模予以解决？

主要发现

• 本研究在福尔曼星系群的21个早型星系中编制了1,350个独特的行星状星云目录，包含精确的位置、[O iii] 5007 Å星等及视线速度。
• 基于PNLF的距离模数为31.49 ± 0.04 mag，对应距离为19.86 ± 0.32 Mpc。
• 与SBF距离相比，PNLF距离估计未显示显著系统性偏差，解决了早期研究中报告的矛盾。
• 平均PNLF距离与Blakeslee等（2009）的SBF距离20 Mpc以及de Grijs与Bono（2020）的多方法平均值19.1 Mpc一致。
• 无论对中心大星系NGC 1399采用何种距离假设，椭圆星系群（ETGs）的空间分布均未表现出明显的质量分异证据。
• 自适应光学辅助的MUSE观测可将PNLF方法的应用范围扩展至40 Mpc，有望使该技术的探测距离翻倍。