[论文解读] The Fornax3D Survey -- A Magnitude-Limited Study of Galaxies in the Fornax Cluster with MUSE

M. Sarzi, E. Iodice+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

Astronomy and Astrophysical Research被引用 1

一句话总结

Fornax3D 巡天利用深场、广覆盖的 MUSE 积分场光谱技术对 Fornax 星系团中 33 个明亮星系进行观测，以探究环境对星系演化的影响。该研究揭示了星系团中的显著亚结构，约束了恒星族的梯度分布，测量了初始质量函数（IMF）斜率与晕区金属丰度，并识别出 1,350 个行星状星云，从而得出精确的距离为 19.86 ± 0.32 Mpc。

ABSTRACT

The Fornax galaxy cluster is an ideal nearby laboratory in which to study the impact of dense environments on the evolution of galaxies. The Fornax3D survey offers extended and deep integral-field spectroscopic observations for the brightest 33 galaxies within of virial radius of the Fornax cluster, obtained with the MUSE integral-field spectrograph, mounted on Unit Telescope 4 (Yepun) of ESO's Very Large Telescope in Chile. The Fornax3D data allowed us to reconstruct the formation of early-type galaxies in the cluster and to explore the link with spiral galaxies. Results have been published in 19 refereed papers since 2018. In this paper we review the broad goals of this campaign, its main results and the potential for future studies combining the MUSE data with the abundant multi-wavelength data coverage for Fornax.

研究动机与目标

• 探究邻近且已充分研究的星系团中环境对星系演化的影响。
• 利用高分辨率光谱学表征 Fornax 星系团中早型星系（ETGs）的动力学特性与恒星族特征。
• 绘制早型星系晕区初始质量函数（IMF）斜率与金属丰度梯度。
• 识别并研究如球状星团和行星状星云等未分辨天体。
• 为天文界提供一个结合 MUSE 与多波段辅助数据的遗产数据集。

提出的方法

• 在甚大望远镜（VLT）上对 Fornax 星系团内 33 个星系进行深场、广覆盖的积分场光谱观测，覆盖其洛希半径范围。
• 在像素合并后，于 B 波段面亮度为 25 mag arcsec⁻² 时达到信噪比 25；在中心区域未合并像素时，信噪比达 100。
• 应用轨道叠加动力学建模方法，重建早型星系的形成历史并探究其内部动力学特性。
• 将 MUSE 数据与多波段辅助数据（包括哈勃望远镜、VST、ALMA、MeerKAT、赫歇尔望远镜和钱德拉 X 射线天文台）结合，实现多相位分析。
• 通过包含不完备性修正的行星状星云光度函数（PNLF）拟合，利用在 21 个早型星系中检测到的行星状星云推导距离。
• 通过比较 MUSE 推导的恒星形成率与 ALMA 及 ATCA 的气体测量结果，测量尘气比与气体耗尽 timescales。

实验结果

研究问题

• RQ1 Fornax 星系团的结构与运动学亚结构是什么？它们如何揭示星系团的形成历史？
• RQ2 Fornax 星系团中早型星系的恒星族梯度与 IMF 斜率如何变化？这些特征揭示了其怎样的形成机制？
• RQ3 环境过程（如激波压力与剥夺）在塑造 Fornax 星系团中晚型星系演化中起什么作用？
• RQ4 在固定金属丰度下，Fornax 星系的尘气比与金属丰度如何与场星系比较？这反映了致密环境中化学演化的何种特征？
• RQ5 MUSE 数据中检测到的行星状星云能否提供对 Fornax 星系团的稳健距离测量？

主要发现

• Fornax 星系团表现出三种显著的亚结构：以 NGC 1399 为主导的中心核心，一个富含金属、质量大、呈红色的南北向致密团块，以及低质量分数与较缓金属梯度的吸积星系。
• NS 团块星系的外层金属梯度更平缓，且吸积质量分数低于吸积星系，表明其可能起源于一个预先存在的星系群的吸积。
• 该巡天在 21 个早型星系中识别出 1,350 个行星状星云，使通过行星状星云光度函数（PNLF）方法实现对 Fornax 星系团距离的稳健测量，结果为 19.86 ± 0.32 Mpc。
• 在固定金属丰度下，Fornax 星系的尘气比系统性低于场星系，表明更大比例的金属被锁在尘埃中，这可能是致密环境中化学演化路径改变所致。
• 气体耗尽 timescales 随靠近星系团中心而缩短，主要由分子气体库受扰动的矮星系驱动，表明致密区域存在增强的环境性熄灭效应。
• Fornax3D 数据通过单次 MUSE 暴露的时间序列分析，成功检测到七颗新星，展示了其超出主要科学目标的意外遗产价值。