Spirals eat dwarfs:
Galactic tendrils shed light on evolution of spiral galaxies

7. September 2010

Spiral galaxies grow by swallowing smaller dwarf galaxies. As they are digested, these dwarf galaxies are severely distorted, forming structures such as surreal tendrils and stellar streams that surround their captors. Now, for the first time, a new survey has detected such tell-tale structures in galaxies more distant than our immediate galactic neighbourhood. This opens up the possibility of testing our current views of galaxy evolution in a new way.

Endnotes Background information
Abbildung 1: Sternströme um die Spiralgalaxie M 63: Überreste einer kleineren Satellitengalaxie, die sich M 63 einverleibt hat. In der Bildmitte ein herkömmliches positives Bild; die äußeren Regionen sind als Bildnegativ gezeigt, damit die schwach leuchtenden Strukturen, nach denen in dieser Durchmusterung gesucht wurde, klarer hervortreten. M 63 ist rund 30 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt. Mit dieser Durchmusterung ist es erstmals gelungen, Spiralgalaxien, die sich kleinere Satellitengalaxien einverleiben, jenseits unserer »lokalen Gruppe« von Galaxien nachzuweisen.

Around the Milky Way galaxy and in the vicinity of our immediate cosmic neighborhood, known as the “Local Group” of galaxies, traces of spiral galaxies swallowing dwarf galaxies have been known since 1997. But the Local group with its three spiral galaxies and numerous dwarfs is much too small a sample to see whether theoretical predictions of the frequency of such digestive processes match observations. Now, for the first time, a new survey has managed to detect the tell-tale tendrils of galactic digestion beyond the Local Group. An international group of researchers led by David Martínez-Delgado (Max Planck Institute for Astronomy and Instituto de Astrofísica de Canarias) has completed a pilot survey of spiral galaxies at distances of up to 50 million light-years from Earth, discovering the tell-tale signs of spirals eating dwarfs.

When a spiral galaxy is approached by a much smaller companion, such as a dwarf galaxy, the larger galaxy's uneven gravitational pull severely distorts the smaller star system. Over the course of a few billions of years, tendril-like structures develop that can be detected by sensitive observation. In one typical outcome, the smaller galaxy is transformed into an elongated “tidal stream” consisting of stars that, over the course of additional billions of years, will join the galaxy's regular stellar inventory through a process of complete assimilation. The study shows that major tidal streams with masses between 1 and 5 percent of the galaxy's total mass are quite common in spiral galaxies.

Detailed simulations depicting the evolution of galaxies predict both tidal streams and a number of other distinct features that indicate mergers, such as giant debris clouds or jet-like features emerging from galactic discs. Interestingly, all these various features are indeed seen in the new observations – impressive evidence that current models of galaxy evolution are indeed on the right track.

The ultra-deep images obtained by Delgado and his colleagues open the door to a new round of systematic galactic interaction studies. Next, with a more complete survey that is currently in progress, the researchers intend to subject the current models to more quantitative tests, checking whether current simulations make the correct predictions for the relative frequency of the different morphological features.

Remarkably, these cutting-edge results were obtained with the telescopes of ambitious amateur astronomers: For their observations, the researchers used telescopes with apertures between 10 and 50 cm, equipped with commercially available CCD cameras. The telescopes are robotic (that is, they can be controlled remotely), and are located at two private observatories in the US and one in Australia. The results attest to the power of systematic work that is possible even with smaller instruments: While larger telescopes have the undeniable edge in detecting very distant, but comparatively bright star systems such as active galaxies, this survey provides some of the deepest insight yet when it comes to detecting ordinary galaxies that are similar to our own cosmic home, the Milky Way.[1]

Further information can be found on the project's website.

[top]


Endnote

[1] As a measure of faintness of the observed galaxies, the limit of the current survey was at 29.5 magnitudes per square arcsecond.

[top]


Background information

The research described here will be published as a letter in the October issue of the Astronomical Journal as D. Martínez-Delgado et al., “Stellar Tidal Streams in Spiral Galaxies of the Local Volume: A Pilot Survey with Modest Aperture Telescopes”. An electronic preprint is avalailable under http://arxiv.org/abs/1003.4860

The observations were carried out with 50 cm telescopes at Black Bird Observatory (New Mexico, USA) and Ranco del Sol (California, USA), the 37 cm telescope at Moorook (South Australia) and the 16 cm telescope at New Mexico Skies (New Mexico, USA).

The research group consists of David Martínez-Delgado (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany, and Instituto de Astrofísica de Canarias, Spain), R. Jay Gabany (Black Bird Observatory), Ken Crawford (Rancho del Sol Observatory), Stefano Zibetti and Hans-Walter Rix (Max Planck Institute for Astronomy), Steven R. Majewski and David A. McDavid (University of Virginia), Jürgen Fliri (Instituto de Astrofísica de Canarias and Observatoire de Paris, Meudon), Julio A. Carballo-Bello and Ignacio Trujillo (Instituto de Astrofísica de Canarias), Daniella C. Bardalez-Gagliuffi (MIT and Instituto de Astrofísica de Canarias), Jorge Penarrubia (Cambridge University), Taylor S. Chonis (University of Texas), Barry Madore (Carnegie Institution of Washington) and Mischa Schirmer (Argelander Institute for Astronomy, Bonn University).

[top]


Abbildung 2: Beispiele für Spiralgalaxien, die sich Zwerggalaxien einverleiben, aus der neuen Durchmusterung. Für alle Bilder ist in der Bildmitte ein herkömmliches positives Bild gezeigt; die äußeren Regionen sind als Bildnegativ gezeigt, damit die schwach leuchtenden Strukturen, nach denen in dieser Durchmusterung gesucht wurde, klarer hervortreten. Ausbuchtungen, Verformungen, Sternströme, verzerrte Satellitengalaxien und ähnliche Spuren zeigen an, dass wir es mit verschmelzenden Galaxien zu tun haben.

Linke Spalte von oben nach unten:
M 63, NGC 4651, NGC 7531, NGC 5866.
Rechte Spalte von oben nach unten:
NGC 1084, NGC 4651, NGC 3521, NGC 1055.

[top]


Abbildung 3: Kleinere Satellitengalaxien, die einer Spiralgalaxie zu nahe kommen, werden eingefangen und zu länglichen Sternströmen verformt, wie in dieser künstlerischen Darstellung zu sehen. Mit der nun veröffentlichten Durchmusterung ist es erstmals gelungen, Spiralgalaxien, die sich kleinere Satellitengalaxien einverleiben, jenseits unserer »lokalen Gruppe« von Galaxien nachzuweisen.

[top]


Abbildung 4: Bei genauerem Hinsehen erkennt man rund um diese Spiralgalaxie, NGC 1055 im Sternbild Walfisch, eine schwach schimmernde, eckige Umhüllung, die aus Sternen besteht – die Überreste einer kleineren Satellitengalaxie, die NGC 1055 sich einverleibt hat. NGC 1055 ist rund 60 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt. Mit dieser Durchmusterung ist es erstmals gelungen, Spiralgalaxien, die sich kleinere Satellitengalaxien einverleiben, jenseits unserer »lokalen Gruppe« von Galaxien nachzuweisen.

[top]


Abbildung 5: Eine der bei der Durchmusterung untersuchten Galaxien, NGC 4651, weist eine bemerkenswerte regenschirmartige Struktur auf. Dabei handelt es sich um Sternströme: um die Überreste einer kleineren Satellitengalaxie, die NGC 4651 angezogen und zerrissen hat. NGC 4651 ist 35 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt. Mit dieser Durchmusterung ist es erstmals gelungen, Spiralgalaxien, die sich kleinere Satellitengalaxien einverleiben, jenseits unserer »lokalen Gruppe« von Galaxien nachzuweisen.

[top]


Download area

[top]

Zur Redakteursansicht