[论文解读] The Herschel Virgo Cluster Survey: IV. Resolved dust analysis of spiral galaxies

M. W. L. Smith, C. Vlahakis+28 more|arXiv (Cornell University)|May 17, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 22被引用 31

一句话总结

本研究利用赫歇尔望远镜PACS和SPIRE的测光数据，对旋涡星系NGC 4501和NGC 4567/8进行了尘埃的解析分析，通过逐像素拟合光谱能量分布（SED）的修正黑体模型，推导出尘埃温度、质量面密度及气体与尘埃质量比。主要结果表明：尘埃温度在星系中心外约22 K处达到峰值，尘埃质量呈中心集中分布，且气体与尘埃质量比低于银河系值，提示这些星系在处女座星系团中可能经历了环境剥离作用。

ABSTRACT

We present a resolved dust analysis of three of the largest angular size spiral galaxies, NGC 4501 and NGC 4567/8, in the Herschel Virgo Cluster Survey (HeViCS) Science Demonstration field. Herschel has unprecedented spatial resolution at far-infrared wavelengths and with the PACS and SPIRE instruments samples both sides of the peak in the far infrared spectral energy distribution (SED).We present maps of dust temperature, dust mass, and gas-to-dust ratio, produced by fitting modified black bodies to the SED for each pixel. We find that the distribution of dust temperature in both systems is in the range ~19 - 22 K and peaks away from the centres of the galaxies. The distribution of dust mass in both systems is symmetrical and exhibits a single peak coincident with the galaxy centres. This Letter provides a first insight into the future analysis possible with a large sample of resolved galaxies to be observed by Herschel.

研究动机与目标

• 利用高保真远红外数据，研究旋涡星系中尘埃温度、质量及气体与尘埃质量比的空间分布。
• 解决以往研究在波长超过160 µm时因角分辨率和灵敏度不足而难以探测冷尘埃及准确测量尘埃质量的局限性。
• 探讨处女座星系团中的环境效应如何影响晚型星系的尘埃性质及气体与尘埃质量比。
• 通过分析具有大角尺寸的代表性旋涡星系，为赫歇尔处女座星系团 Survey（HeViCS）提供方法学基础。
• 评估星系团内星系的尘埃与气体分布是否系统性地不同于孤立星系，特别是温度梯度与质量面密度分布函数的差异。

提出的方法

• 获取了NGC 4501和NGC 4567/8在HeViCS科学演示场的赫歇尔PACS（70, 100, 160 µm）和SPIRE（250, 350, 500 µm）测光数据。
• 对多波段流量进行逐像素的修正黑体SED拟合，以推导每个空间单元的尘埃温度、尘埃质量面密度及气体与尘埃质量比。
• 采用固定尘埃发射指数（β = 1.8）的修正黑体模型拟合SED，假设尘埃消光定律与星际介质模型一致。
• 通过去混淆校正并引入额外误差项，处理NGC 4567/8中源重叠和发射混淆问题。
• 比较全局值与逐像素的尘埃质量及气体与尘埃质量比，以评估星系内的径向趋势及一致性。
• 通过检查500 µm波段是否存在流量过剩，验证是否存在低于约19 K的冷尘埃成分，结果未发现低于19 K的温度证据。

实验结果

研究问题

• RQ1 处女座星系团中旋涡星系盘面的尘埃温度分布如何变化？是否对称或偏离星系中心？
• RQ2 尘埃质量面密度的径向分布如何？是否如恒星与气体分布预期的那样在中心处达到峰值？
• RQ3 基于赫歇尔数据推导的气体与尘埃质量比与银河系值相比如何？这对其环境历史有何启示？
• RQ4 NGC 4501和NGC 4567/8中的尘埃性质在多大程度上反映了如冲压阻力剥离等环境效应？
• RQ5 本研究中应用的解析尘埃分析技术能否扩展至完整的HeViCS样本，以研究不同形态星系中尘埃-ISM相互作用及加热机制？

主要发现

• NGC 4501和NGC 4567/8中的尘埃温度范围为约19 K至约22 K，峰值温度约22 K，位于偏离星系中心的半径处，表明最暖的尘埃并不位于星系核心。
• 尘埃质量面密度呈中心集中分布，从中心到外区降低约4倍，与其它旋涡星系中观测到的指数分布一致。
• NGC 4501的总尘埃质量为(1.2 ± 0.3) × 10⁸ M☉，NGC 4567/8为(8.6 ± 1.8) × 10⁷ M☉，其中NGC 4567和NGC 4568的个体值分别为(1.7 ± 0.4) × 10⁷ M☉和(6.6 ± 1.5) × 10⁷ M☉。
• NGC 4501的气体与尘埃质量比为52 ± 13（全局）和51 ± 14（平均逐像素），低于银河系值，但与Draine等人（2007）研究经X因子校正后的值下限一致。
• NGC 4568的H I与尘埃质量比在中心区域显著下降，可能由于分子气体比例更高，其全局气体与尘埃质量比为39 ± 14，低于孤立旋涡星系中的值。
• 未发现低于约19 K的冷尘埃成分，因500 µm波段无流量过剩，表明观测SED在整个波长范围内均可由单一修正黑体模型良好拟合。