MaNGA巡天中双峰窄发射线星系起源研究：旋转盘主导与外部过程触发

《Monthly Notices of the Royal Astronomical Society》：The origin of double-peaked narrow emission-line galaxies in MaNGA Survey

本研究针对双峰窄发射线星系（DPGs）的形成机制问题，通过分析MaNGA巡天中36个DPGs样本的空间分辨光谱，发现97.2%的星系双峰轮廓源于旋转盘运动，其中58.3%的星系存在潮汐作用等外部过程证据。研究首次系统分离双峰组分并验证其运动学一致性，为星系演化中气体动力学过程提供新见解。

　　

当我们通过望远镜观察遥远星系的光谱时，发射线就像宇宙的"指纹"，能揭示星系内部气体的运动状态和电离机制。通常情况下，这些发射线呈现单一的高斯轮廓，但有一类特殊星系却展现出双峰结构的发射线——如同宇宙中的"声波分裂"现象。早在20世纪70年代，天文学家在个别活动星系核（如Mrk 78和NGC 4151）中发现了这种双峰发射线，暗示着存在两个具有不同视向速度的气体组分。

随着斯隆数字化巡天（SDSS）数据的释放，科学家们系统筛选出300多个具有双峰[O III]λ5007发射线的活动星系核，最初期望这些可能是千秒差距尺度的双活动星系核系统。然而后续研究表明，真正双活动星系核的比例不足2%，大多数双峰轮廓可能源于旋转盘、外流等其它机制。然而，传统长缝光谱的空间覆盖有限，难以全面解析星系的空间结构。直到MaNGA（Mapping Nearby Galaxies at Apache Point Observatory）积分场光谱巡天的完成，天文学家才获得研究这些星系空间分辨性质的宝贵机会。

南京大学研究团队利用MaNGA最终数据发布的10,010个星系，筛选出36个具有双峰窄发射线特征的星系（DPGs），这些星系在巴尔默线（如Hα）和禁戒线（如[O III]λ5007）光谱中均显示双峰轮廓。研究通过双高斯模型将每个发射线的双峰轮廓分解为蓝移和红移组分（λ_blue< λ_red），并首次系统分析了各组分的空间分辨运动学和电离机制，为理解双峰发射线起源提供了决定性证据。

研究团队采用多步骤分析方法确保结果的可靠性。首先从10,010个星系中筛选出1,837个具有强发射线（中心像元[O III]λ5007和Hα等效宽度均大于3?）的候选体，排除94个具有宽Hα发射线（FWHM > 1000 km s^-1）的星系后，对剩余1,743个星系同时进行单高斯和双高斯模型拟合。关键创新在于使用贝叶斯信息准则（BIC）量化模型优劣，当ΔBIC > 10时认为双高斯模型显著优于单高斯模型。为确保空间分辨可靠性，要求每个星系至少有15个连续像元满足双峰条件（相当于3倍MaNGA点扩散函数尺寸）。研究还构建了控制样本，通过匹配恒星质量、D_n4000指数和电离区域确保可比性。通过积分场光谱数据，团队测量了蓝移和红移组分的速度场、速度弥散场和通量分布，并利用[S II]-BPT图分析电离机制。

运动学性质：研究发现35个DPGs（97.2%）沿主轴方向蓝移和红移组分的通量比呈现系统性变化，而沿短轴方向保持大致恒定。以星系1-339094为例，沿主轴方向，两个组分的通量比从中心向外逐渐变化，其中一个组分逐渐主导发射线轮廓；而沿短轴方向，两个组分始终保持相当的通量。这种分布模式与旋转盘模型预期完全一致。

速度场特征：蓝移和红移组分表现出相似的运动学性质，视向速度中值分别为-90 km s^-1和160 km s^-1，速度弥散中值分别为120 km s^-1和100 km s^-1。两个组分的峰值通量位置沿主轴方向分离约0.65 kpc，而沿短轴方向重叠。单高斯拟合在短轴方向呈现更高的速度弥散，正是两个组分共同贡献的结果。

电离机制：通过[S II]-BPT图分析发现，83.3%（30/36）的DPGs中蓝移和红移组分位于同一电离区域，表明它们被相同机制电离。具体而言，41.7%的星系两个组分均属于塞弗特（Seyfert）型，13.9%属于LINER（低电离核发射线区）型，27.7%属于恒星形成区。剩余16.7%的星系两个组分位于不同电离区域。

动态扰动证据：根据中心像元两个组分的通量比，22.9%（8/35）的星系显示对称轮廓（F_blue/F_red= 0.75-1.25），表明未受扰动的旋转盘；而77.1%（27/35）的星系呈现不对称轮廓，暗示旋转盘存在动态扰动。这些扰动与外部过程密切相关。

外流个例：研究发现一个特殊星系（1-210020）的双峰轮廓源于双锥外流。该星系沿短轴方向显示通量比显著变化，且[O III]λ5007等效宽度增强区域沿短轴分布，速度场偏离规则旋转，符合外流特征。

外部过程作用：58.3%（21/36）的DPGs显示潮汐特征、伴星星系或气体-恒星错位等外部过程证据，比例是对照样本（27.8%）的两倍。恒星形成DPGs呈现正D_n4000径向梯度，表明中心区域恒星种群更年轻，这可由外部过程触发气体内流导致中心集中恒星形成来解释。

研究结论表明，MaNGA巡天中双峰发射线星系主要起源于旋转盘运动，而非此前猜测的双活动星系核。大多数星系（77.1%）显示不对称轮廓，表明旋转盘存在动态扰动，这些扰动与潮汐相互作用等外部过程密切相关。特别值得注意的是，58.3%的DPGs具有外部过程特征，是对照样本的两倍，强烈表明双峰发射线轮廓的形成与星系相互作用等外部过程相关。

这项研究的意义在于首次通过积分场光谱系统验证了双峰发射线的旋转盘起源，纠正了过去对双活动星系核比例的过高估计。研究发现的外部过程与双峰特征的联系，为理解星系相互作用如何影响气体动力学提供了重要线索。对于恒星形成DPGs，正D_n4000梯度表明外部过程触发了气体向内流动，导致中心区域年轻恒星形成，这为了解星系演化中星爆活动的触发机制提供了新视角。该研究成果对理解星系尺度气体运动学和星系相互作用物理过程具有重要推动作用，为后续研究建立了可靠的分析框架。