示踪 M101 贫瘠恒星晕

宇宙学背景下的星系形成模型预言，大质量盘星系应当具有结构化的延展恒星晕。然而，近期基于积分光的研究报道了若干星系（包括邻近盘星系 M101）在探测极限内未测得恒星晕。我们旨在通过解析 M101 的外缘恒星来量化其恒星含量与结构。基于作为 GHOSTS 巡天一部分、由哈勃空间望远镜拍摄的深 F606W 与 F814W 图像，我们给出了其恒星测光结果。所构建的恒星颜色—星等图（CMD）可达红巨星支顶端以下两个星等。我们推导了亮红巨星支（RGB）恒星的径向数密度轮廓。在 $R \sim$ 40 -- 60 kpc 处，RGB 恒星的平均颜色与银河系中贫金属球状星团者相近。我们还利用 Dragonfly 团队提供的公开图像数据推导了径向面亮度轮廓。径向数密度与面亮度轮廓均被转换为径向质量密度轮廓并合并。我们发现质量密度轮廓在最外区呈现微弱上扬，该处面亮度暗至 $\mu_g\approx 34$ mag arcsec$^{-1}$。在质量密度轮廓上采用指数盘 + 幂律晕模型，得到总恒星晕质量 $M_{halo}=8.2_{-2.2}^{+3.5}\times 10^7M_\odot$。当考虑强截断盘模型时，总恒星晕质量不超过 $M_{halo} = 3.2 \times 10^8$ $M_{\odot}$。将晕质量与 M101 总恒星质量结合，我们得到恒星晕质量分数 $M_{halo}/M_{gal} = 0.20_{-0.08}^{+0.10}\%$，上限为 0.78%。我们将 M101 的晕性质与六个 GHOSTS 巡天星系以及银河系和 M31 比较，发现 M101 具有贫瘠恒星晕。