基于ALFALFA中性氢巡天的低面亮度星系的恒星形成与演化研究

Low surface brightness galaxies (LSBGs) are the most prevalent products of galaxy formation and evolution, and its star formation and evolution process is an important part of the formation and evolution of galaxies, which is one of the most active fields at the forefront of the current astrophysical research. This project will primarily focus on the study of the reasons why the star formation and evolution of low surface brightness galaxies at the current stage are very slow and passive while they are still rich in the gas material for star formation and evoltuion. Basing on the local galaxy sample from the ALFALFA survey, the most complete survey so far for the local extragalactic galaxies which are rich in neutral hydrogen (21cm HI) gas and simultaneously aligning with the optical images from SDSS survey,the infrared band photometric data from WISE survey, the ultravoilet band photometric data from GALEX, the narrow-band Ha images from the ground-based telescopes of Xinglong 2.16m telescope, and also the optical spectra, we will carry out studies listed in the following.1)establish a low surface brightness galaxy sample which has not only the lower optical luminosity but also the complete HI observation data,2)calculate and investigate the stellar mass, HI mass, star formation rate, star formation efficiency, specific star formation rate, metallicity and the evironmental density of the LSBG sample,3)study the stellar mass-metallicty relation (MZR) of the LSBGs and invesigate the effect of the radio properties, metallicity and evironmental density on the star formation and evolution parameters. By our studies, we expect to quanlitatively and even quantitatively understand the basic reasons and physical mechanisms for the unresovled and slow evolution of low surface brightness galaxies.

星系的恒星形成与演化是天体物理学研究的前沿课题之一，而低面亮度星系作为星系演化过程中的重要产物，其恒星形成与演化是星系形成和演化过程的重要组成部分。本项目将主要对导致低面亮度星系在仍然富含恒星形成原料的条件下，其恒星形成和演化却非常缓慢被动的原因进行研究。基于最完备的近邻中性氢巡天数据ALFALFA，并结合光学SDSS、红外WISE、紫外GALEX测光、国内2.16米望远镜窄带Ha成像、以及光学光谱数据，我们将主要进行以下几个方面的研究：1）构建一个低光学光度且HI观测完备的低面亮度星系样本，2）计算并统计样本星系的恒星质量、HI质量、恒星形成率、恒星形成效率、比恒星形成率、金属丰度、环境密度、星族，3）分析样本星系的恒星质量-金属丰度关系（MZR）以及射电性质、环境和金属丰度等因素分别对恒星形成和演化指标的影响。由此，我们期望能够定性甚至定量的了解导致低面亮度星系未充分演化的原因。

低面亮度星系(LSBG)是中心面亮度比夜天光还要暗的一类星系，它在近邻宇宙星系中占据的数量高达30%以上，然而受观测水平的限制，现存的用以研究的星系和宇宙的样本中严重缺失LSBG，导致两方面的重要问题：一方面，我们对这类星系本身还并不了解；另一方面，我们对整个星系的形成和演化甚至宇宙的认知与真实存在偏差。鉴于此，我们急需建立一个LSBG大样本，并对LSBG的性质和恒星形成与演化加以研究。(1)我们对ALFA.40与SDSS DR7的交叉源表星系的光学图像精细地进行了扣减天光背景，面源测光和结构参数拟合，基于测光和拟合结果，我们选出了一个目前国际上最大的中性氢选LSBG样本。(2)对这个样本在国际上首次开展了Ha窄带测光巡天，基于Ha光度，我们获得了LSBG的恒星形成率(SFR)，同时结合来自ALFA.40的HI气体质量，进一步获得LSBG的恒星形成效率(SFE)，我们发现LSBG的SFR(小于1.0 M_sun/yr)和SFE(小于10%,主要分布在小于1%)都远远小于正常星系，并且LSBG在Kennicutt-Schimdt Law上的分布明显偏离正常星系，这说明这类星系中大部分属于区别于正常星系的族群，并且它们虽然中性氢气体的含量很高，但是分子氢气体的含量却很低。(3)构建LSBG样本星系的紫外-光学-近红外13个波段的多波段光谱能量分布(SED)，利用SED拟合，估计LSBG的恒星质量。(4)对12个侧向LSBG开展长缝光谱观测，基于发射线流量，我们测量了LSBG的氧丰度，并通过研究侧向LSBG在光度-金属丰度关系图、恒星质量-金属丰度关系图、以及气体质量百分比-金属丰度关系图上的分布，进而探讨其恒星形成和化学演化，我们发现LSBG的氧丰度低于太阳氧丰度，并且侧向LSBG有可能在本质上与正常盘星系并没有区别，只是正常盘星系在面亮度暗端的延伸，在化学演化方面并不排除孤立演化的可能性。(5)我们通过研究LSBG样本在星系大尺度图上的分布并且统计LSBG的周围邻居数目，发现LSBG处于低密度环境中，缺少与周围其它星系发生碰撞的机会，从而导致现在的恒星形成活动很低。(6)我们研究了LSBG的光学光度和HI线宽的关系，发现LSBG不符合正常星系所遵循的Tully-Fisher关系，这也暗示大部分LSBG有可能是在恒星形成和演化方面不同于正常星系的星系。