紧密主并合星系对中的恒星形成

In our observational study of star formation in close major-merger pairs, we found a puzzling result: star-forming galaxies (S) in spiral-spiral pairs (S+S) and mixed pairs (S+E) have significantly different star formation rate (SFR). This challenges the classical theory in which the merger-induced star formation is due to gravitational tidal effect caused by the companion, for an S or an E companion should produce the same tidal effect as long as they have the same mass. In the proposed project we aim to find the physical mechanism behind this. We want to answer the following key questions: 1) Are S+S and S+E pairs in significantly different large-scale environment? 2) Do S galaxies in S+S and S+E pairs have significantly different molecular gas content? 3) Do they have significantly different star formation efficiency (SFE=SFR/Mgas)? 4) Do they have significantly different spatial distributions of SFR and SFE? This project is the first to systematically study the difference between S+S and S+E pairs in order to understand the physical mechanism of merger-induced star formation. It will provide a new view angle in the study of general star formation law.

在对紧密主并合星系对中的恒星形成的观测中我们发现了一个令人疑惑的结果：漩涡星系对（S＋S）和混合星系对（S＋E）中的S星系有显著的不同的恒星形成率。这对经典理论提出了挑战，因为在经典理论中并合激发的恒星形成是伴星系引力扰动的结果，而椭圆星系和漩涡星系作为伴星系应该产生相同的引力效应。本项目的主要研究目标是发现S+S和S+E星系对中的S星系有不同的恒星形成率的物理机制。我们要回答的关键问是：1）S+S与S+E星系对所处的大尺度环境有显著不同吗？2）S+S与S+E星系对中的S星系有显著不同的分子气体含量吗？3）它们有显著不同的恒星形成效率（SFE= SFR/ Mgas）吗？4）它们有显著不同的恒星形成率／恒星形成效率的分布吗？本项目是第一个通过探索S+S和S+E星系对中所表现的恒星形成活动性的不同来揭示并合激发的恒星形成物理机制的系统研究。它将提供一个探究恒星形成理论的新视角。

在以往的对紧密主并合星系对中的恒星形成的观测中我们发现了一个令人疑惑的结果：漩涡星系对(S+S)和混合星系对(S+E)中的S星系有显著的不同的恒星形成率。这对经典理论提出了挑战，因为如果并合激发的恒星形成是伴星系引力扰动的结果，椭圆星系和漩涡星系作为伴星系应该产生相同的引力效应。本项目的主要研究目标是发现这一现象的物理机制。对于一个拥有Herschel观测数据的紧密主合星系并对样本 (HKPAIR)，我们使用 GBT-110m射电望远镜、IRAM-30m毫米波望远镜和NOEMA毫米波望远镜阵列获得了新的观测数据。结合SLOAN、Herschel、Spitzer等原有数据，我们发现：(1) S+S和S+E对中S星系的总气体含量((M_H2+M_HI)/M_*)没有显着差异，两者都与普通星系的总气体含量一致，因此 S+S 和 S+E 中的 S 星系的sSFR 的差异不是由于总气体供应的差异造成的。 (2) S+S对中S星系的分子气含量(M_H2/M_*)和SFE(SFR/M_H2)均显着高于S+E对中的S星系。 (3) 对于所有星系对，sSFR_enh (=log（sSFR_pg /sSFR_med,ctrl))和分子气体含量都与核球/整体比 (B/T) 具有显着的反相关性，证实了先前关于大质量核球可以稳定星系盘并抑制潮汐触发的恒星形成的理论预言。（4) S+S对中的 S星系往往比 S+E对中的S星系更“disky”（有较低的 B/T 比），这可以部分解释它们之间的 sSFR差异。(5）对于两个有代表性的星系对, Arp238 (S+S) 和 Arp142 (S+E)，NOEMA 的观测结果表明, 由于处于低速共面相互作用系统中，S+S 对中的disky星系可能拥有强潮汐力矩触发的强核区星暴，从而有非常高的 sSFR 和 SFE。而S+E 对中的disky星系可能具有低 sSFR 和 SFE，因为它们是处于高速和高倾角相互作用系统中。这些系统里会触发向外膨胀的密度波（环状结构）和激波，进而抑制 SFE . (6) 与 S+E 星系对相比，S+S 星系对平均具有更低的局部密度和更低的相对速度, 因而更有可能出现在相对孤立的场中，并有更高的概率具有共面轨道。反观S+E 更有可能出现在星系群和星系团中，而它们中的相互作用轨道相对于星系的自旋会有更随机地定向。