近邻相互作用星系沿并合序演化的多波段观测研究

Galaxy interaction and mergers are important mechanisms for galaxy formation and evolution. This research plan to use far-infrared/sub-mm observing data from Herschel Space Observatory to estimate the (relative) strength of star formation, gas and dust contents, star formation laws (K-S law) etc., of a sample of nearby major merger interacting galaxies (H-KPAIR), and compare their differences between that of normal isolated galaxies, as well as the relation with other physical properties and interacting stages along the mergering sequence. Study the multi-wavelength SED properties of interacting galaxies with other observations at UV, optical, NIR & MIR bands. Using ground-based telescopes to make 3-D spectroscopic and narrow-band Ha imaging observations on H-KPAIRs, to study their star formation distribution & history, metallicity gradients, gas density, excitation and dynamical properties, and make detailed studies on the effects of galaxy ineractions to their evolutionary processes with theoretical models and numerical simulations. Using high angular resolution ALMA sub-mm data to study the distribution and dynamics of cold dust and warm gas in the nuclear region of nearby Luminous Infrared Galaxies.

星系的相互作用与并合是其形成与演化的重要机制。本项研究计划利用赫歇尔空间天文台远红外－亚毫米观测数据，对一个近邻主并合相互作用星系对样本（H-KPAIR）的恒星形成活动（相对）强度、气体与尘埃含量、恒星形成定律（K-S law）等物理参数进行估算并比较其与正常孤立星系的异同，以及其与星系其它物理性质及其沿并合序的演化阶段的联系。结合其它波段观测数据（紫外、光学、近中红外）分析相互作用星系全波段能谱性质特征。利用地面光学望远镜对H-KPAIR样本星系进行面源光谱及窄带Ha成像观测，研究分析相互作用星系中恒星形成活动的分布特征、恒星形成历史、金属丰度梯度、气体密度与激发机制以及动力学性质等，并结合理论模型与数值模拟分析星系相互作用对星系演化过程的具体影响。利用ALMA高分辨率亚毫米波观测数据分析研究亮红外星系核区的冷尘埃与暖气体的分布及动力学性质。

星系的相互作用与并合是其形成与演化的重要机制。本项目利用国内外地基与空间望远镜设备，对近邻相互作用与并合星系沿并合序的演化进行了多波段观测分析研究。利用赫歇尔空间天文台的远红外-亚毫米观测数据，结合中红外WISE卫星、射电望远镜GBT与IRAM 30米镜等的观测结果，我们选出了一个近邻主并合相互作用星系对样本：H-KPAIRs，采用光谱能量分布（SEDs）拟合等方法，对其恒星形成活动的（相对）强度、尘埃性质、原子HI与分子气体（CO）含量等物理参数进行了估算，并比较分析了其与孤立盘星系比较样本的异同，及与星系其它物理性质和沿并合序的演化阶段间的联系。研究结果显示处于旋涡-旋涡星系对（S+S）中的恒星形成旋涡星系（SFGs）其比恒星形成率（sSFR）、恒星形成效率（SFE）、星际辐射场强度（Umin，即尘埃温度）等均显著高于处于旋涡-椭圆星系对（S+E）中的星系与孤立盘星系。利用JCMT观测研究分析了低面亮度星系（LSBGs）比较样本的CO(2-1)分子谱线发射，估算了其分子气体质量上限。利用2.16米望远镜打孔机对H-KPAIRs样本中一些典型星系对子样本进行了面源光谱观测研究，研究了其中各区域的恒星形成与金属丰度分布等特征，初步分析结果显示其气体金属丰度（log(O/H)）梯度相较孤立盘星系更平（斜率更小），这与理论模型与数值模拟预言及前人观测结果一致。利用阿塔卡玛大型毫米波/亚毫米波望远镜阵（ALMA）的高分辨率亚毫米波观测数据，分析研究了三个近邻亮红外星系（LIRGs）：IC5179、NGC5135与CGCG049-057其核区的暖致密分子气体发射（CO(6-5)）与尘埃连续谱辐射（434微米）的分布特征与动力学性质，发现了其中分子气体与尘埃发射分布（CO/dust比值）的差异，并推测其可能源于两者激发机制的不同，另外对亮红外星系核区AGN的贡献与分子气体外向流等问题进行了研究。