[论文解读] The Panchromatic Hubble Andromeda Treasury: Triangulum Extended Region (PHATTER) II. The Spatially Resolved Recent Star Formation History of M33

Margaret Lazzarini, Benjamin F. Williams+12 more|arXiv (Cornell University)|Jun 22, 2022

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 96被引用 24

一句话总结

本研究利用哈勃空间望远镜的PHATTER巡天光学成像，首次获得了M33外盘区域的空间分辨恒星形成历史（SFH）。通过对2,005个空间区域（约100 pc尺度）的色-星等图进行分析，揭示了过去6.3亿年中SFH的波动特征：较年轻的恒星与絮状旋臂结构相关联，而较老的恒星群体则显示出两条主导的旋臂和一个中心棒状结构。过去1亿年内的平均恒星形成率（SFR）为0.32±0.02 M⊙ yr⁻¹，当换算至所调查区域时，略高于以往的宽带估计值。

ABSTRACT

We measure the spatially resolved recent star formation history (SFH) of M33 using optical images taken with the Hubble Space Telescope as part of the Panchromatic Hubble Andromeda Treasury: Triangulum Extended Region (PHATTER) survey. The area covered by the observations used in this analysis covers a de-projected area of $\sim$38 kpc$^{2}$ and extends to $\sim$3.5 and $\sim$2 kpc from the center of M33 along the major and semi-major axes, respectively. We divide the PHATTER optical survey into 2005 regions that measure 24 arcsec, $\sim$100 pc, on a side and fit color magnitude diagrams for each region individually to measure the spatially resolved SFH of M33 within the PHATTER footprint. There are significant fluctuations in the SFH on small spatial scales and also galaxy-wide scales that we measure back to about 630 Myr ago. We observe a more flocculent spiral structure in stellar populations younger than about 80 Myr, while the structure of the older stellar populations is dominated by two spiral arms. We also observe a bar in the center of M33, which dominates at ages older than about 80 Myr. Finally, we find that the mean star formation rate (SFR) over the last 100 Myr within the PHATTER footprint is 0.32$\pm$0.02 M$_{\odot}$ yr$^{-1}$. We measure a current SFR (over the last 10 Myr) of 0.20$\pm$0.03 M$_{\odot}$ yr$^{-1}$. This SFR is slightly higher than previous measurements from broadband estimates, when scaled to account for the fraction of the D25 area covered by the PHATTER survey footprint.

研究动机与目标

• 利用高分辨率哈勃成像，测量M33外盘区域空间分辨的近期恒星形成历史（SFH）。
• 研究局部恒星形成与旋臂、棒状结构以及气体/尘埃分布等大尺度结构之间的关联。
• 通过解析的恒星族而非总光或宽带指标，改进时间分辨的SFR测量。
• 评估在不同恒星密度、消光和爆发强度条件下，SFH恢复方法的稳健性。

提出的方法

• 将PHATTER巡天区域划分为2,005个边长为24角秒（约100 pc）的空间区域，以实现局部分析。
• 利用深度哈勃光学测光（紫外至I波段）为每个区域构建色-星等图（CMD）。
• 使用合成恒星族模型（Padova和MIST）拟合每个CMD，以推导时间分辨的恒星形成历史。
• 通过每时间区间1,000次随机采样SFR误差的蒙特卡洛模拟，估算累积恒星质量分数的不确定性。
• 通过已知SFH的模拟CMD测试，改变恒星密度和消光程度，验证模型恢复性能。
• 通过向模拟CMD中注入单次爆发SFH，测试爆发SFH恢复的准确性，包括时间区间和SFR强度的测量精度。

实验结果

研究问题

• RQ1 M33的恒星形成历史在亚千秒差距分辨率下如何随盘面变化？
• RQ2 M33中年轻恒星族与旋臂、棒状结构等大尺度结构之间存在何种空间关系？
• RQ3 解析恒星族建模在恢复不同强度和 timescale 的恒星形成爆发时，其准确性如何？
• RQ4 恒星密度和尘埃消光如何影响空间分辨SFH测量的可靠性？
• RQ5 M33中测得的SFR与以往基于宽带或总光的估计值相比如何？

主要发现

• M33的空间分辨SFH显示，在过去6.3亿年中，其在100 pc和kpc两个空间尺度上均存在显著波动。
• 年龄小于约80 Myr的恒星族与絮状旋臂结构相一致，而年龄大于80 Myr的恒星族则主要受两条显著旋臂主导。
• 在年龄大于80 Myr的恒星族中，中心棒状结构清晰可见，表明其长期的动力学影响。
• 在PHATTER巡天覆盖区域内，过去1亿年内的平均恒星形成率（SFR）为0.32±0.02 M⊙ yr⁻¹，当校正至所调查区域后，略高于以往的宽带估计值。
• 当前SFR（过去1千万年）为0.20±0.03 M⊙ yr⁻¹，与早期总光测量结果一致，但略为偏高。
• 模拟CMD测试表明，SFH恢复在高密度区域最准确，低密度区域因统计噪声而可靠性较低，且MIST模型在高消光条件下表现略优。