利用FAST中性氢观测数据研究巨型低表面亮度星系的性质和形成

Giant Low Surface Brightness Galaxies (GLSBG) are featured with very high optical luminosities and extremely extended disks. They are hardly detected and thus poorly studied because their surface brightness are far fainter than the night sky. Being completely different from the normal galaxies and other types of low surface brightness galaxies (LSBG), the physical nature, star formation and evolution of GLSBGs are the critical issues in the field of star formation and evolution of galaxies, which are still unsolved today. In order to investigate these vital issues, the star formation-related issues (including stellar population property, star formation mode, star formation rate, star formation efficiency, specific star formation rate, etc) and the significant physical scaling relations (including the Kennicutte-Schmidt Law, Tully-Fisher relation, baryonic Tully-Fisher relation, etc) of identified GLSBGs will be studied in this program, by using the HI line from FAST, optical and near-infrared deep images, and Ha images, and comparing with the well-known results of normal galaxies and moderate-sized LSBGs. Through all of the performed analysis, we expect to explore the issue of physical nature, star formation and evolution of GLSBGs, and simultaneously make a test of the current galaxy formation models.

巨型低表面亮度星系(GLSBG)有极高的光学光度和极端延展的星系盘。远远暗于夜天光的表面亮度导致它们难以被观测到，进而缺乏充分的研究。GLSBG与正常星系和其他类型的低表面亮度星系(LSBG)完全不同，它的物理本质、恒星形成和演化是星系形成和演化领域的重要问题，至今仍未得到解决。为了研究此重要问题，本项目将基于已证认的GLSBG，采取与正常星系和中等大小的LSBG对比分析法，结合FAST的HI谱线、光学、近红外深场图像、Ha成像数据，研究GSLBG的恒星形成问题(包括星族性质、恒星形成模式、恒星形成率、恒星形成效率、比恒星形成率等）和重要物理关系(包括Kennicutte-Schmidt、Tully-Fisher、baryonic Tully-Fisher关系)。通过对这些关键问题的分析，探索GLSBG的物理本质、恒星形成和演化，并验证现今主流的星系形成的理论模型。

巨型低表面亮度星系（GLSBG）是宇宙中数量少却很重要的一类低表面亮度星系（LSBG），它们在本质上区别于其它类型LSBG以及正常星系。在对这类星系仍缺乏充足研究的现状下，本项目聚焦GLSBG、LSBG以及光学暗的结构，利用紫外、光学、近红外、以及FAST的 HI观测的多波段数据，通过分析其多波段光谱能量分布（SED）、恒星质量（M*）、恒星质量-光度比（M/L）、恒星形成率（SFR）星系大小、HI气体，颜色-M/L关系（CMLR）、SFR-M*（星系主序图）关系、恒星形成模式等，对这类星系的物理性质、关系以及恒星形成和演化问题开展了探索研究。我们的研究：1）表明GLSBG和其它LSBG均遵循自内而外（inside-out）的恒星形成和星系生长模式；2）表明GLSBG整体偏离由正常星系所定义的星系主序，且偏离主要是由处于GLSBG星系中心的、具有低SFR但高M*的核球成分所导致，而GLSBG外部的盘成分则相对于星系主序的偏离非常小，甚至倾向于符合星系主序。3）给出了适用于LSBG的颜色-M/L关系（CMLR），能够更准确地估计出LSBG和低质量星系的恒星质量；同时，改正消除了经典的CMLR在估计同一个星系的恒星质量时存在的内部不一致性。4）构建了一个富中性氢（HI）气体的侧向LSBG样本，覆盖从矮星系到GLSBG的星系类型。5）开发了从光学巡天图像中自动探测识别LSBG的机器学习模型。6）利用FAST观测数据，研究了大质量近邻星系的原子气体性质；探测到类银河系的星系正在吸积卫星星系的直接观测证据-HI气体吸积流。除了以上科学成果，该项目加深了天文与计算机领域在LSBG研究课题中的交叉合作；同时，为利用FAST “观测数据“早出成果”做出了一定的贡献。