From prugniel@galaxies.univ-lyon1.fr Sat Jan 31 17:41:17 1998 Chere Catherine, Je t'envoie une contribution au debat de prospective qui "menace" l'OHP. Ce texte decrit le projet presente par 15 chercheurs et s'etale sur une duree de trois ans. Il est base sur l'utilisation de l'instrumentation actuelle et sera soumis au prochain CFGT (ceci est donc encore une version tres preliminaire et nous te l'envoyons tel quelle a cause des echeances). Si cela est possible je t'enverrai une nouvelle version avant Mardi. J'aimerais que nous fournissions un point de vue sur l'avenir au dela de 3 ans, car il ne faudrait pas que notre position soit interpretee comme une marque de desinteret apres cet horizon. La disponibilite des telescopes T193 et T120 est necessaire pour ce programme. Nous souhaitons en outre faire remarquer les aspects suivants en faveur de la sauvegarde de l'OHP. - L'OHP s'est engage depuis 4 ans dans un programme de modernisation de l'organisation du service des observations qui portent maintenant ses fruits. Les observations sont supportees par un nombre plus restreint de personnes grace a un effort de fiabilisation et a une simplification des procedures. Le mouvement va continuer. - L'instrumentation de l'OHP est tres adaptee a certains programmes qui ne pourraient plus etre continues ailleurs. Le CARELEC, par exemple, reste un excellent spectrographe pour les etudes de la dynamique des galaxies. En effet, la resolution offerte est difficile a trouver ailleurs (notons que la dynamique des galaxies a evoluee vers la necessite de plus grandes resolutions: galaxies naines, analyses non gaussiennes de la LOSVD...), et il est tres difficile d'acceder aux plus grands telescopes avec ces programmes. - L'OHP ne coute pas cher. L'investissement pour maintenir les telescopes au plus haut niveau est minime (et une partie est assuree par le Conseil General). La rationnalisation de l'organisation permet d'optimiser le cout consolide. L'OHP est tres productif. Il est vraiment regrettable que le debat legitime sur la prospective soit a nouveau presente en termes de "fermeture des telescopes". Le debat passe a conduit a une remise en cause qui s'est suivie par une evolution tres saine. Ne decourageons pas les gens, et ne perdons pas de temps. Voila notre point de vue. Je me tiens a ta disposition pour tout complement souhaite. Pourrais tu m'informer de la facon dont vous comptez faire avancer le dossier? Amicalement. Philippe Prugniel (au nom des 15 chercheurs cites dans le texte) ============================================================================ Programme d'observation pour OHP: PRESENTATION GENERALE Structure, dynamics and stellar populations of galaxies Les etudes sur la structure, la dynamique et le contenu stellaire des galaxies sont en plein developpement. L'arrivee prochaine des grands telescopes permettra de prendre en compte directement les effets d'evolution (voir deja le CFRS). Les relations d'echelle sont tres sensibles a l'evolution et il est crucial de constituer des a present les echantillons qui serviront de reference a ces travaux. Cette approche est en quelque sorte un preliminaire necessaire a l'interpretation des resultats que FUEGOS, entre autre, produira. Notre demarche revet deux aspects: - Ameliorer notre connaissance des relations d'echelle des galaxies proches, en particulier en ce qui concerne les galaxies de faible luminosite (naines diffuses, star forming dwarfs) et les effets d'environnement. - Constituer un echantillon possedant de bonnes proprietes statistiques, ie. complet en volume jusqu'a la plus faible luminosite possible. La premiere motivation pour proposer un programme coordonne sur les telescopes T120 et T193 de l'OHP est d'ameliorer les synergies entre differents programmes pour l'instant developpes separement. Ce projet comporte plusieurs facettes (ie. programmes scientifiques): - Galaxies proches Galaxies spirales: F. Simien, Ph. Heraudeau Galaxies elliptiques, relations d'echelles: Ph. Prugniel, F. Simien Galaxies elliptiques, structure: Ph. Prugniel, M. d'Onofrio (Padova) - Galaxies naines de faible brillance de surface B. Binggeli, T. Bremmes (Basel), Ph. Prugniel, P. Lessaffre (ENS) - Galaxies naines a formation d'etoiles A. Pharasyn (Uppsala) - Galaxies d'amas S. Maurogordato, D. Proust - Effets d'interaction R. Rampazzo et al. (Milano), Longhetti (IAP) Les programmes seront: - Imagerie bandes large sur le T120 - Spectro moyenne resolution (66 & 33 A/mm) sur CARELEC Hormis les liens exprimes dans le titre et dans l'utilisation de moyens communs, ces programmes partagent une gestion unique du flot de donnees: - catalogue d'entree dans Hypercat - Memes procedures de reduction et d'analyse., dans PLEINPOT. - distribution des images calibrees (et spectres) par Hypercat - mesures "standard" ie. aperture magnitudes, velocity dispersion... dans Hypercat. De plus, la globalisation du projet permettra d'optimiser l'utilisation des telescopes, en fixant une priorite-seeing ou priorite-photometrie (ce sont deux parametres antagonistes a l'OHP) a chaque programme. Les programmes sont succintement decrits ci-dessous, une version plus ellaboree sera soumise au CFGT. Ce programme sera realise sur trois ans (avant l'arrivee de ROSALIE, et pendant la duree de vie de l'equipement actuel du T120). Nous souhaitons disposer de 60 nuits/an au T120 et 40 nuits/an au T193. Nous travaillons actuellement a homogeneiser les differents projets et echantillons. L'estimation precedente repose sur les besoins suivants: T120 Carelec ---------------------------------------------------------------- Relations d'echelles+haloes 1 semaine/semestre 1 sem/sem Diffuses Gal. 1 sem/sem Spirales 1 semaine/semestre 1 sem/sem Interacting gal. 1 semaine/semestre 1 sem/sem Clusters 1 sem/sem 1 sem/an Star formation 2 sem (1999,2000) Total: 10 sem/an 7 sem/an ---------------------------------------------------------------- =========================================================================== Les relations d'echelle des galaxies de type precoce La regularite remarquable des caracteristiques des galaxies de type precoce, telle qu'elle est revelee par les relations du plan fondamental, sous-entend l'existence de relations d'echelle quasiment lineaires. D'une part, la dispersion centrale des vitesses fournit l'echelle de l'energie cinetique, d'autre part la magnitude totale et la brillance mesurent la masse et l'energie gravitationelle. L'etude des non-linearites de ces relations (ie. l'epaisseur du plan fondamental) (Prugniel & Simien, 1994, 1995, 1996) nous a permis de mettre en lumiere le role de: - La rotation - La population stellaire - La structure (non-homologique) Le fait que ces effets expliquent le tilt du plan fondamental implique une regularite de ces caracteristiques qui reste a discuter, mais qui met forcement en cause les processus de formation des galaxies. (Accessoirement, ceci exclut l'hypothese (Renzini & Ciotti) d'une contribution de la matiere noire au tilt). En particulier nous avons apporte recemment des elements nouveaux qui renforcent l'hypothese de la continuite entre les galaxies diffuses et les galaxies E normales (Prugniel, Simien & Maubon, l'article sera incessement soumis). Nous souhaitons donner ici une suite au programme d'observations qui a produit ces resultats. Nouveaux objectifs scientifiques Deux preoccupations majeures restent sans reponse: - Quelle est l'importance de l'anisotropie residuelle (i.e. rotation non comprise)? - Comment se fait la transition dE-E du point de vue de la cinematique (probleme des LLE, Prugniel 1994) Les donnees actuelles ne permettent pas de repondre a ces questions parce que (1) leur qualite est insuffisante et (2) l'echantillon est trop biaise en faveur des galaxies intrinsequement lumineuses. En particulier, la cinematique resolue le long du grand axe jusqu'a la distance d'au moins un rayon effectif reste une denree rare. Nos resultats CARELEC (Simien & Prugniel 1997a 1997b et un troisieme article qui sera soumis ces jours-ci) constitue le meilleur echantillon disponible (a cote de celui de Bender et al 1994) mais il est necessaire malgre tout d'en augmenter la taille. En effet, la prise en compte des effets de rotation, de population stellaire et de non-homologie double la dimensionalite du probleme et ajoute de complexes problemes de couplage d'erreurs (surtout entre la magnitude, la brillance et le parametre de Sersic que nous utilisons pour caracteriser la non-homologie). La recherche de l'anisotropie implique la definition d'un parametre supplementaire (forme du profil de dispersion), et la statistique actuelle est insuffisante. D'autre part, une question qui apparait de plus en plus comme centrale est celle des LLE (low luminosity early-types), c'est a dire les galaxies qui font la transition entre les dE et les E. En gros, les deux familles se distribuent selon deux sequences etroites dans le plan brillance-luminosite (Kormendy 1985, Binggeli & Cameron 1991). L'existence d'une transition a ete demontree dans Prugniel (1989) et Prugniel, Bica & Alloin (1991). Ces galaxies, LLE, presentent des caracteristiques intermediaires au niveau de (1) leur position dans le diagramme brillance-luminosite (2) leur profil de densite et (3) leur population. Qu'en est-t-il pour la cinematique? Les quelques objets que nous avons observes a Calar-Alto (au 2.2) ne permettent pas de conclure (Bender & Nieto 1991), tout au plus elles remettent en cause l'hypothetique relation entre l'anisotropie et la luminosite (Tonry & Davis 1981) et pressent a constituer un echantillon moins biaise. Programme d'observation Nous avons donc retouche notre echantillon pour inclure des galaxies plus faibles qui appartiennent aux groupes de galaxies deja representes. Il n'est malheureusement pas possible de faire une selection complete jusqu'a une magnitude absolue limite, et notre presente selection ne fait que diminuer le biais. Au total, si l'on ajoute les nouvelles galaxies a celles que nous n'avons pas encore observees, nous souhaitons mesurer 120 nouvelles galaxies. Ceci double l'echantillon des galaxies ayant une cinematique resolue profonde, et en particulier multiplie par dix le nombre de LLE. Sur la base du programme precedent cela devra s'etaler sur trois ans. Une difference notable par rapport a l'ancien setup est a relever: nos nouvelles cibles sont surtout des galaxies intrinsequement faibles (mais de magnitude apparente realiste pour le CARELEC, jusqu'a 14.5) et donc ayant une faible dispersion des vitesses. Ceci rend necessaire l'usage du reseau 33A/mm, mais ne change pas le temps de pose car l'intervalle spectrale sera egalement double grace au CCD 1K (c'est surtout le nombre de photons qui compte, les galaxies observees ont encore une metallicite suffisante). Outre la spectro resolue, nous avons besoin de nouvelles images photometriques pour les nouvelles galaxies. Peut-on eviter ce programme de romain? Non! L'echantillon actuel de 100 galaxies avec de bonnes donnees ne contient que 11 LLE, pour 7 parametres a analyser. De plus, hormis pour les LLE les caracteristiques sont fortement degenerees, eg. a cause de la relation brillance-luminosite. En decuplant la representativite des LLE on devrait s'en sortir. Notre programme est une approche originale de la question de l'anisotropie. Traditionnellement, les observateurs ont essaye de founir un mapping du champ de vitesse afin d'inverser les equations de la dynamique stellaire. Ceci coute cher et a surtout montre la complexite des galaxies: existence de coeurs decouples. Pourtant, la regularite existe (le plan fondamental existe), et les erreurs observationnelles ne rendent pas compte de l'epaisseur de cet hyperplan (dans l'espace a 6 dimensions). Cela vaut donc la peine de tenter le coup, sachant que de toutes facon, la cinematique des LLE nous apprendra quelque chose. Nous ne mentionnerons pas les implications de cette etude dans les applications evolutionnaires et cosmologiques du plan fondamental (il est bien evident qu'il faut tenir compte des populations stellaires) ... =========================================================================== Galaxies en interaction Fine structures in early-type galaxies are considered strong evidences of past interaction events. Numerical simulations suggest, in fact, several plausible scenarios to explain them, from the ``weak interaction'' (see Thomson & Wright 1990) to merging events (see e.g. Dupraz & Combes 1986). The frequency of occurence of the fine structures in early-type galaxies (Schweizer 1992; Reduzzi et al. 1996) suggests that interaction has played a significant role in the formation/evolution of galaxies and that their star formation (SF) history has been deeply modified by these events. We are studying the impact of the interaction events on the stellar population of early-type galaxies, searching for possible recent burst of SF and investigating its connection with the dynamical interaction. For two samples, one composed of shells galaxies, the other of isolated pair members, we obtained 19 line--strengh indices (in the Lick-IDS system) derived from nuclear intermediate resolution spectra. For their interpretation, we have developed new spectro--photometric models, based on the isocrones of the PADOVA group and on the stellar spectral atlas by Jacoby et al. (1984) (details in Longhetti 1997). We analysed the behaviour of the line--strength indices of composite populations varying the age and the relative mass fraction of the younger component. We also analysed metallicity effects arising from the variation of the chemical composition of the population (Z=0.004, 0.02, 0.05). Particularly, in one index--index plane diagram (involving the two blue indices H+K(CaII) and Delta(4000Å)), we found that the two samples have different behaviour. The region in the diagrams occupied by shell galaxies is quite well covered by our composite population models indicating that galaxies that host shells suffered a last major nuclear burst of star formation wich occurred from 0.1 Gyr up to about 10 Gyr ago. In the hypothesis that the SF burst and the structure formation are related events, shells must be a dynamically long lasting feature. By now, it seems that only the weak interaction hypothesis produce shells which result long lasting features (see Thomson 1991; Weil and Hernquist 1993). Among pair members, some objects show shells structures and their younger age seems to indicate that isolated shell galaxies represent an evolved phase of the interacting ones. This supports the physical reality of the observed pairs and implies that dynamical interaction is a major process that influence the recent SF activity in early-type galaxies. In this context we would like to study the behaviour of the ionized gas component. Observation scheduled for OHP: We propose to study the gas component for a set of shells and interacting objects using CARELEC and imaging in the range 3700 -- 9700 A emission lines. On the ground of the previous considerations we expect to gain information on the following different related topics. - Origin of the warm ISM The two hypotheses which explane the shells formation, merging processes or weak interaction events, can be tested. The morphology of the gas component, given by the images, and the kinematics of the warm ISM will tell us whether the gas is fully relaxed in a disk or still positioned in radial filaments. Besides, from these data we can understand if gas is decoupled with the stellar kinematics, as it is expected from the merging hypothesis. Even possible peculiar morphology of the gas will give us informations about the encounter parameters: e.g ring like morphology may point out past head-on collisions (Pogge & Eskridge; 1993, Marston & Appleton 1995). Maps of velocity fields of the ionized gas, obtained with multiple observation along different PAs, can be directly compared with models of hydrodynamical codes of galaxy encounters. The gas distribution and its velocity field give in turn clues about the dynamical evolution of the system, and about the loci of the SF. The prediction about SF loci can be directly compared with observation e.g if they corresponds to shock areas. - Nature of the ionizing source Besides ongoing SF, an additional source of ionization could be a LINER activity noticed by Phillips et al. (1986) in bright early-type galaxies with emission lines. Diagnostic diagrams (Garcia-Vargas et al. 1995, Coziol 1996) tell us the relative strength of the lines expected for the two mechanisms in a galaxy. Halpha and [NII](6584)A will give us the basic informations for preparing diagnostic diagrams with ([OIII](5007 A)/Hbeta) vs. [NII]/Halpha. In this way we obtain informations about the physical conditions of the gas, essential to ascertain the level of the SF activity in the galaxy. =========================================================================== Diffuses galaxies within 10Mpc Dwarf galaxies are important for many key questions of present-day astronomy, such as structure formation, galaxy evolution, star formation, and dark matter, of which the recent ESO/OHP workshop on ``dwarf galaxies" (Meylan et Prugniel 1994) bears witness. So far the systematic structural (photometric) properties of dwarf galaxies have been studied only in clusters of galaxies, foremost the Virgo cluster (Binggeli et al. 1985). However, the dwarf galaxy populations of clusters and the field (i.e. outside of clusters) are clearly different. There is a well known difference in the type mixture: clusters are dominated by dwarf ellipticals, the field is by dwarf irregulars (e.g., Binggeli et al. 1990). But even for a given type there could be distinct structural differences, holding clues to galaxy evolution. This is entirely unexplored, mainly because there is no adequate photometric data base for field dwarfs. To remedy this situation, we have started to do systematic imaging of dwarf galaxies in nearby groups of galaxies, which are part of the ``field", by drawing on the "10 Mpc Catalogue" of galaxies of Kraan-Korteweg and Tammann (1979, updated by Schmidt and Boller 1992). Une etude photometrique du groupe de galaxies M81, basee sur des donnees de l'OHP, est terminee (Binggeli et Prugniel 1994; Bremnes et al. 1997, Lesaffre et Prugniel 1997) Our goal is to derive all relevant structural parameters for these dwarfs and to compare them with existing data on the dwarf galaxy populations of the Local Group, the M81 group, and the Virgo cluster. The principal tool for such a comparitive analysis is the luminosity-surface brightness diagramme, which is an equivalent to the HRD for stars (see Fig. 3 in Ferguson and Binggeli 1994). Dwarf galaxies constitute the ``main sequence" in that diagramme, which again suggests the importance of their systematic study for an understanding of galaxy evolution. Other benefits from our proposed work include an improved knowledge of the local luminosity function of galaxies, which is increasingly important for the interpretation of deep galaxy counts in a cosmological context. We propose to observe our dwarf galaxies in B, V, and I, in order to have also a handle on the stellar populations, i.e. the evolutionary status of these field dwarfs. =========================================================================== Galaxies spirales Jusqu'a present, l'etude des relations d'echelle dans les galaxies spirales a ete le plus souvent limitee a la relation Tully-Fisher. Celle-ci, que l'on peut qualifier de relation "de base", a pour avantage sa grande simplicite, mais son mecanisme n'est pas totalement compris. L'etude de relations d'echelle plus physiques, decoulant notamment des proprietes du viriel, demandent l'introduction de plusieurs parametres en plus de la vitesse de rotation et de la luminosite totale: la brillance de surface, le degre d'extinction et le gradient de population stellaire, le contraste des bras spiraux et le rapport bulbe/disque. Des travaux ont commence dans ce sens (Peletier & Willner 1991, 1993; Breils & Courteau 1997; Pharasyn et al. 1997...). Les progres a venir dependront des donnees utilisees; la photometrie et/ou la cinematique d'echantillons importants sont maintenant disponibles (Mathewson et al. 1992; Heraudeau & Simien 1996; Courteau 1997), mais l'espace des parametres consideres doit etre peuple de maniere a peu pres uniforme, ce qui diminue beaucoup la valeur satistique des echantillons actuels. Il sera necessaire de disposer d'un ensemble homogene et representatif de: a) photometrie de surface en plusieurs couleurs (contrairement a bien des travaux precedents) pour inclure les populations et l'extinction), et b) cinematique en raies d'emission jusqu'aux regions accessibles les plus lointaines. Cela demandera un grand nombre d'heures au T193 et au T120. =========================================================================== Structure des galaxies elliptiques: Composantes Halo The information about the early history of galaxies is contained in the structural, dynamical, and chemical properties of the old galaxian components. The halo of the galaxies is one of such components. In the standard galaxy formation picture (Eggen et al. 1962) the halo formed before the disk, through the rapid collapse of part of the protogalaxy. In the alternative view of Toomre (1977) the observed galaxian properties are deeply connected to the amount of merging events that a galaxy experienced during its life. The role of interactions and minor merging is claimed today by many reserchers, but the number and the effects of such events are still unclear. If the halo formed from accreted fragments, then its properties depend on the properties of the infalling material. One might then not to expect a correlation between dynamical and chemical properties as found in the standard Eggen picture. In the Milky Way the halo represents only a small fraction of the Galaxy, probably less than 0.1% of its total mass. Most of this mass comes from metal poor ([Fe/H]<-1.5) stars in the so called thick disk, and from halo globular clusters. Today it seems that the properties of the halo components appear to be different in the various galaxies, as suggested by the studies of the local group galaxies (M31, LMC, and dwarf spheroidals), both for what concern the dynamical and chemical properties, but also in their photometric structures (see eg. the review of Freeman in ``The formation of the galactic halo, inside and out'). It is known in fact that the light profiles have different behaviours in different galaxies, in particular in the fainter outer regions. In general the luminosity distribution of the galaxies has been separated into two distinct components: a spheroidal bulge, usually described by the r^1/4 de Vaucouleurs' law, and a flat disk, approximated by an exponential law (Freeman 1970). Today the new two-dimensional (2D) bulge-to-disk decompositions have revealed the existence of systematic departures from this behaviour, often attributed to the presence of faint substructures and subcomponents, such as bars, lenses, rings, inner disks, spiral arms, shells, etc., or to different trend of the light distribution: many bulges are better represented by the generalized de Vaucouleurs R^1/n law (Caon et al. 1993, Andredakis 1995) or show an exponential profile (de Jong 1995). The best example of such different behaviours is seen in the outer regions of the galaxian light distribution. In many cases it is `easy' to detect the presence of extended halo components, which can be approximated by different value of the exponent n of the R^1/n law, by performing the residuals of such 2D photometric decompositions. The existence of such luminous halos is supported by the discovery of outer globular clusters, planetary nebulae, supernovae and stars of the intracluster medium (Ferguson 1997). It is really fundamental for what we say before to study the properties of such galaxian halos in order to understand the mechanisms of galaxy formation and evolution. A number of questions are still without an answer. Why halos have different dynamical, chemical and structural properties? Which is the role of interactions and merging events in the formation of halos? Do such halos trace the same potential of the well known outer X-ray halos? Which is the best empirical photometric representation of such halos? Do such luminous halos trace the same potential of the dark matter component? For studying these problems we propose to observe at OHP a sample of selected galaxies. What we need is a large field deep images of the galaxies in order to reach the faintest level of surface brightness. We then apply our 2D decomposition of the light distribution and calculate the residuals. The structural properties of the observed halso will be then related to the better known properties of the dark and X halos. =========================================================================== Galaxies d'amas [ partie en cours de redaction] =========================================================================== Bender, R., Nieto, J.L., 1990, A&A 239, 97 Bender, R., Saglia, R., Gerhart, O. 1994, MNRAS 269, 785 Binggeli, B., Cameron, L. 1991, A&A 252, 27 Kormendy, J., 1985 ApJ 295, 73 Prugniel, Ph. 1989, These Prugniel, Ph. 1994 in: Dwarf Galaxies, Meylan & Prugniel (Edt), 171 Prugniel, Ph. Bica, E., Alloin, D. 1991, in: Fith OAC Workshop on Morphological and Physical Classification of Galaxies, 261 Prugniel Ph., Simien, F., 1994, A&A 282, L1 Prugniel Ph., Simien, F., 1996, A&A 309, 749 Prugniel Ph., Simien, F., 1997, A&A, in press (preprint sur le Web de Lyon) Simien F., Prugniel Ph., 1997a, A&AS, in press (preprint sur le Web de Lyon) Simien F., Prugniel Ph., 1997b, A&AS, in press (preprint sur le Web de Lyon) Tonry, J.L., Davis, R. 1981, ApJ 246, 666 Binggeli, B., Prugniel, Ph., 1994, La Lettre de l'OHP, No. 12 Binggeli, B., Tarenghi, M., Sandage, A., 1990, Astron. Astrophys. 228, 42 Binggeli, B., Sandage, A., Tammann, G.A., 1985, Astron. J. 90, 1681 Ferguson, H.C., Binggeli, B., 1994, Astron. Astrophys. Rev. 6, 67 Kraan-Korteweg, R.C., Tammann, G.A., 1979, Astron. Nachr. 300, 181 Meylan, G., Prugniel, Ph. (eds.), 1994, ESO/OHP Workshop on Dwarf Galaxies, ESO, Garching Schmidt, K.-H., Boller, T., 1992, Astron. Nachr. 313, 189 Barnes & Hernquist 1996 ApJ 471, 115 Coziol 1996 A&A 309, 365. Dupraz & Combes 1986 A&A, 166, 53 Garcia-Vargas et al. 1995, A&ASS 112, 13. Longhetti M. 1996, PhD Thesis, University of Milan Marston & Appleton 1995, AJ, 109, 1002 Phillips et al. 1986, AJ 91, 1062. Pogge & Eskridge 1993, AJ 106, 1405. Reduzzi & Rampazzo 1996 MNRAS 282, 149. Schweizer 1992 Structure, Dynamics and Chemical Evolution of Elliptical galaxies, ed.s I.J. Danziger, W.W Zeilinger and K. Kjar, ESO/IPC, p.651 Thomson & Wright 1990 MNRAS 224, 895. Thomson 1991, MNRAS 253, 256. Weil and Hernquist 1993, ApJ 405, 142.