大质量盘星系多样的恒星晕

[ 录入者:Melipal | 时间:2016-01-28 16:13:52 | 作者:Melipal | 来源:MPA | 浏览:1520次 ]

原文标题:The diversity of stellar halos in massive disk galaxies

作者:Antonela Monachesi, Facundo Gomez and Guinevere Kauffmann

原文来自:Max-Planck-Institut fur Astrophysik

Posted: 2016. 1. 1

编译:Melipal  审校:数星星的猫(编译版权所有,未经许可请勿转载)

星系的恒星晕是一个弥漫而暗淡的成分,它为科学家提供了一个窗口,得以一窥星系形成的历史。MPA的一个研究小组借助观测数据以及最新的星系形成模拟,研究了大型盘星系的恒星晕特性。他们发现,虽然这些星系在形态、质量、光度等方面很相似,但恒星晕却非常多样化。如果使用与观测数据相同的方法进行分析,模拟结果也可以再现平均金属丰度相对星系中心距离的关系等观测特性。

恒星晕是大多数大型星系周围的弥漫暗淡成分。它们主要是通过小型伴星系的吸积和瓦解形成的,不过内区也存在形成于宿主星系盘面中的恒星。对了解星系的形成和演化过程来说,恒星晕是极其重要的,原因是它们保留着恒星的吸积历史记录,而且还发挥着星系总物质分布探针的作用。然而,恒星晕的亮度远不及主星系盘。因此观测星系晕是极具挑战性的工作。在过去的几十年里,人们开发了不同的方法,来揭示出星系的这一弥漫成分。曝光时间极长的星系观测可以得到绝佳的照片,图1就是其中的一个例子。这些观测帮助人们确定了吸积与并合在塑造星系外围区域中发挥的角色,另外还揭示出了星系晕的辽阔范围,距离星系中心可达100千秒差距以上。

图1:观测到的NGC 474恒星晕,图中展示了这个大型椭圆星系外围区域存在的复杂子结构。壳层与潮汐星流是与小型星系发生相互作用并吸积后者的产物。图片提供:P.-A. Duc (CEA), J.-C. Cuillandre (CFHT) et al. 2013, IAUS, 295, 358

然而,为了详细研究恒星晕的特性,天文学家需要观测晕中的成员恒星。通过实现这一点,人们有可能估计出晕族恒星的平均年龄和化学组分(也就是金属丰度,其中要考虑氢和氦之外的所有元素)相对与星系中心距离的分布。直到最近,针对晕族恒星的研究主要还局限于银河系以及邻近的仙女星系之中,这是因为这两个星系的恒星距离较近。不过在过去的几年里,凭借哈勃空间望远镜超群的分辨率,GHOSTS巡天将这项研究扩展到了邻近的盘星系中(参见图2)。

在一项最近的工作中,MPA的科学家安东尼拉·莫纳切斯(Antonela Monachesi)借助GHOSTS观测数据,研究了与银河系类似的邻近星系中的单颗晕族恒星。这项研究表明,在观测到的恒星晕中,金属丰度非常多样。此外,各个星系金属丰度相对星系中心距离的变化也不尽相同。在当前分析过的一半星系晕中,与星系中心的距离越小,平均金属丰度也随之减小。而另一半样本金属丰度随距离的变化并不明显。

图2:GHOSTS样本的一个星系——NGC 4945的可见光图像。图中的黄色方框表示哈勃空间望远镜(HST)在该星系的恒星晕中进行的观测。图片提供:GHOSTS project

而且根据GHOSTS的观测得出的结果还表明,形态、质量和光度相近的星系,其恒星晕性质存在很大的变化。并合吸积伴星系的过程相当随机,而恒星晕的特性反映了被吸积的不同伴星系的性质。

在先前的流体动力学模拟结果中,观测到的恒星晕金属丰度的不同行为(其中一半星系的金属丰度不随距离改变)看上去很奇怪。这些模拟预言,是金属丰度随距离的大幅度变化是普适的特征。为了研究这一现象上的不一致,MPA的研究小组使用了最先进的流体动力学宇宙学模拟“御夫座(Auriga)”。这项模拟考虑了宇宙中星系形成和演化的主要物理过程,并自洽地跟踪了气体、恒星和暗物质随时间的演化。

图3:御夫座模拟中两个模拟星系的恒星晕金属丰度相对与星系中心距离的关系。这张图片说明了对同心球壳上的恒星特性取平均(黑色)、只测量垂直于星系盘方向(蓝色)与沿星系盘方向测量(红色)三种方法得出的恒星晕金属丰度相对星系中心距离的差别。图中虚线表示对黑线和蓝线的线性拟合结果,可以更好地描绘出规律。蓝线要比其他两种曲线平坦得多,这说明如果沿垂直于星系盘的方向取平均(也是观测上常用的方法),由此得出的金属丰度变化要小得多。图片提供:MPA

MPA的小组分析了质量和形态与银河系和GHOST星系相似的模拟星系中星系晕的金属丰度规律。科学家根据这一分析得出的主要结果是,星系晕中平均金属丰度随星系中心距离的变化强烈取决于测量的方式。如果平均金属丰度是通过对星系中心周围球壳上的晕族恒星取平均得出的(与先前模拟的处理方法相同),那么我们就可以获得平均金属丰度随距离的较大变化。不过如果平均金属丰度是在垂直于星系盘的方向上得出的,那么金属丰度的分布就会更为均匀(参见图3)。在观测中,常用的是后一种手段,因为这样可以让科学家在最大程度上避免星系盘恒星的污染。所以MPA的小组清晰地说明,仔细比较晕族金属丰度的模型和观测结果是至关重要的。这是减轻理论和观测之间的不和的唯一方法。

未来MPA的小组将对模拟进行非常仔细详尽的分析,将其与观测结果作对比,并用它来解释观测。这样他们可以破译GHOSTS星系的吸积历史。

(全文完)

Tags:恒星晕 星系

责任编辑:Melipal

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