[论文解读] The Westerbork HI Survey of spiral and irregular galaxies III: HI observations of early-type disk galaxies

E. Noordermeer, van der Thijs Hulst+3 more|ArXiv.org|Aug 15, 2005

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 64被引用 105

一句话总结

本研究基于WHISP巡天对68个早型盘星系（S0至Sab型）进行了H i观测，揭示了其H i含量高度可变，其中Sa/Sab星系的平均M_HI/L_B为-0.62±0.44，S0/S0a星系为-0.50±0.40。尽管其平均H i面密度低于晚型螺旋星系，但许多星系表现出与恒星形成相吻合的环状H i结构，暗示在低气体密度下存在未知的调控机制；同时，不对称形态普遍存在，并与相互作用有关。

ABSTRACT

We present HI observations of 68 early-type disk galaxies from the WHISP survey. They have morphological types between S0 and Sab and absolute B-band magnitudes between -14 and -22. These galaxies form the massive, high surface-brightness extreme of the disk galaxy population, few of which have been imaged in HI before. The HI properties of the galaxies in our sample span a large range; the average values of M_HI/L_B and D_HI/D_25 are comparable to the ones found in later-type spirals, but the dispersions around the mean are larger. No significant differences are found between the S0/S0a and the Sa/Sab galaxies. Our early-type disk galaxies follow the same HI mass-diameter relation as later-type spiral galaxies, but their effective HI surface densities are slightly lower than those found in later-type systems. In some galaxies, distinct rings of HI emission coincide with regions of enhanced star formation, even though the average gas densities are far below the threshold of star formation derived by Kennicutt (1989). Apparently, additional mechanisms, as yet unknown, regulate star formation at low surface densities. Many of the galaxies in our sample have lopsided gas morphologies; in most cases this can be linked to recent or ongoing interactions or merger events. Asymmetries are rare in quiescent galaxies. Kinematic lopsidedness is rare, both in interacting and isolated systems. In the appendix, we present an atlas of the HI observations: for all galaxies we show HI surface density maps, global profiles, velocity fields and radial surface density profiles.

研究动机与目标

• 调查早型盘星系（S0至Sab型）的H i特性，这些星系在H i巡天中代表性不足，尽管它们是质量大、表面亮度高的系统。
• 确定这些星系的H i质量-光度比、H i直径和面密度分布，并与晚型螺旋星系进行比较。
• 探讨H i形态、运动学与恒星形成活动之间的关联，特别是低于Kennicutt（1989）恒星形成阈值的区域。
• 识别相互作用与并合在塑造早型盘星系H i分布与运动学中的作用。

提出的方法

• H i数据通过Westerbork合成射电望远镜（WSRT）获取，作为WHISP巡天的一部分，覆盖绝对B波段星等在-14至-22之间的星系。
• 数据处理包括校准、成像和波束去卷积，以生成H i面密度图、速度场和径向面密度剖面。
• 通过在1 M⊙ pc⁻²（D_HI）和25 B-星等弧秒⁻²（D_25）处的等高线测量H i特性，并在R_HI内计算有效H i表面亮度。
• 评估了运动学和形态不对称性，包括形态和速度场中的不对称性，以识别相互作用的痕迹。
• 附录中的图集汇总了全部68个星系的H i面密度图、全局剖面、速度场和径向面密度分布。
• 对S0/S0a与Sa/Sab子样本进行了统计比较，并与晚型螺旋星系的结果进行基准对照。

实验结果

研究问题

• RQ1 早型盘星系中H i质量-光度比（M_HI/L_B）的范围和平均值是多少？与晚型螺旋星系相比有何差异？
• RQ2 早型盘星系中H i直径（D_HI）与光学直径（D_25）的关系如何？该关系是否与晚型螺旋星系一致？
• RQ3 早型盘星系的有效H i面亮度是否系统性低于晚型螺旋星系？这对气体分布有何含义？
• RQ4 为何一些星系在H i环状结构中表现出增强的恒星形成，尽管气体密度远低于Kennicutt（1989）的恒星形成阈值？
• RQ5 早型盘星系中H i形态和运动学的不对称性在多大程度上与近期或正在进行的相互作用或并合有关？

主要发现

• Sa/Sab星系的平均M_HI/L_B为-0.62±0.44，S0/S0a星系为-0.50±0.40，表明H i含量差异显著，最富含气体的系统其单位光度的H i质量约为最贫乏气体系统的100倍。
• Sa/Sab星系的平均D_HI/D_25比值为1.72±0.70，S0/S0a星系为2.11±0.70，与晚型螺旋星系的值相近，但离散度更大。
• Sa/Sab星系的有效H i面亮度（⟨Σ_HI⟩_R_HI）平均为2.8±0.8，S0/S0a星系为2.9±1.4，略低于晚型螺旋星系。
• 所有具有规则旋转H i盘的星系在其H i分布中均表现出中心空洞或密度下降，表明内区存在气体耗尽或截断。
• 多个星系显示出明显的轴对称H i环状结构，气体高密度区与恒星形成增强区重合，尽管气体密度远低于Kennicutt（1989）的恒星形成阈值，暗示存在未知的调控机制。
• H i形态的不对称性普遍存在，通常与近期或正在进行的相互作用有关；而运动学不对称性则罕见，即使在相互作用系统中也是如此，表明形态不对称性更直接地与潮汐力相关，而非运动学扰动。