[论文解读] The History of Star Formation in Galaxies

T. M. Brown, Marc Postman+1 more|ArXiv.org|Feb 17, 2009

Astronomy and Astrophysical Research被引用 4

一句话总结

本文主张发展先进的观测能力，以研究大样本星系中分辨的恒星族，从而详细重建恒星形成历史、化学演化和运动学。通过利用多波段测光——该技术在哈勃望远镜上可行，且可扩展至未来任务——旨在通过现存巨型星系中的化石记录揭示星系的分层组装过程。

ABSTRACT

If we are to develop a comprehensive and predictive theory of galaxy formation and evolution, it is essential that we obtain an accurate assessment of how and when galaxies assemble their stellar populations, and how this assembly varies with environment. There is strong observational support for the hierarchical assembly of galaxies, but by definition the dwarf galaxies we see today are not the same as the dwarf galaxies and proto-galaxies that were disrupted during the assembly. Our only insight into those disrupted building blocks comes from sifting through the resolved field populations of the surviving giant galaxies to reconstruct the star formation history, chemical evolution, and kinematics of their various structures. To obtain the detailed distribution of stellar ages and metallicities over the entire life of a galaxy, one needs multi-band photometry reaching solar-luminosity main sequence stars. The Hubble Space Telescope can obtain such data in the outskirts of Local Group galaxies. To perform these essential studies for a fair sample of the Local Universe will require observational capabilities that allow us to extend the study of resolved stellar populations to much larger galaxy samples that span the full range of galaxy morphologies, while also enabling the study of the more crowded regions of relatively nearby galaxies. With such capabilities in hand, we will reveal the detailed history of star formation and chemical evolution in the universe.

研究动机与目标

• 通过精确追踪宇宙时空中恒星的组装过程，发展一个全面且具有预测性的星系形成与演化理论。
• 利用分辨恒星族中的化石记录，重建星系的恒星形成历史、化学演化和运动学。
• 通过将分辨恒星族研究从本星系群扩展至本地宇宙的代表性样本，克服当前观测的局限性。
• 实现对不同星系形态和环境中的恒星年龄和金属丰度分布的详细测绘。
• 确定未来任务实现高保真星系组装研究所需的观测需求。

提出的方法

• 利用多波段测光，探测达到太阳光度主序星的恒星，以在星系中分辨恒星族。
• 利用哈勃空间望远镜对本星系群星系外缘区域的数据，作为对恒星年龄和金属丰度进行详细测绘的可行性验证。
• 利用未来观测能力，将此类研究扩展至更大范围的邻近星系，包括密集的星系中心区域。
• 应用分辨恒星族分析，从被破坏的矮星系和原星系中重建星系的分层组装过程。
• 将运动学和化学演化数据与恒星形成历史相结合，构建星系演化的整体图景。
• 提出未来望远镜所需的观测要求，以实现统计显著、形态多样的星系普查。

实验结果

研究问题

• RQ1 我们如何利用分辨恒星族中的化石记录，重建星系的恒星形成历史？
• RQ2 需要何种观测能力，才能将分辨恒星族研究从本星系群扩展至本地宇宙的代表性样本？
• RQ3 恒星形成历史在不同星系形态和环境中的差异如何？
• RQ4 被破坏的矮星系和原星系在大质量星系的分层组装过程中扮演何种角色？
• RQ5 对暗淡主序星进行多波段测光，如何提升我们对星系中恒星年龄和金属丰度分布的理解？

主要发现

• 本星系群中由哈勃望远镜支持的分辨恒星族研究，为在星系结构中测绘恒星年龄和金属丰度提供了关键模板。
• 星系的分层组装意味着现今的矮星系并非大质量星系的前身，必须从现存的巨型星系中进行化石重建。
• 当前观测限制使得详细研究仅限于邻近、孤立的星系；更广泛的样本需要更高的灵敏度和分辨率。
• 未来调查必须扩展至密集的星系中心和多样的形态，才能完整呈现星系演化的图景。
• 多波段测光必须达到太阳光度主序星，才能在星系整个生命周期中准确确定恒星年龄和金属丰度。
• 此类调查的科学回报将通过揭示宇宙中恒星形成与化学演化历史的详细信息，实现星系形成的预测性理论。