[論文レビュー] An Extreme Starburst in Close Proximity to the Central Galaxy of a Rich Galaxy Cluster at z=1.7

Tracy Webb, Allison Noble+20 more|arXiv (Cornell University)|Aug 20, 2015

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 78被引用数 27

ひとこと要約

本研究は、z=1.7089の非常にレアで豊富な銀河団において、中心の最も明るい銀河（BCG）に極端な星形成が発生していることを特定した。これはガスを多く含む相互作用によって駆動されている。多波長データから星形成率は約860 M☉/yrであることが判明し、66 kpcの「ひもに連なった玉」構造が、最近の湿った合体を示しており、高赤方偏移域におけるBCG質量の初期集積が湿った合体によって行われている直接的証拠を提供する。

ABSTRACT

We have discovered an optically rich galaxy cluster at z=1.7089 with star formation occurring in close proximity to the central galaxy. The system, SpARCS104922.6+564032.5, was detected within the Spitzer Adaptation of the red-sequence Cluster Survey, (SpARCS), and confirmed through Keck-MOSFIRE spectroscopy. The rest-frame optical richness of Ngal(500kpc) = 30+/-8 implies a total halo mass, within 500kpc, of ~3.8+/-1.2 x 10^14 Msun, comparable to other clusters at or above this redshift. There is a wealth of ancillary data available, including Canada-France-Hawaii Telescope optical, UKIRT-K, Spitzer-IRAC/MIPS, and Herschel-SPIRE. This work adds submillimeter imaging with the SCUBA2 camera on the James Clerk Maxwell Telescope and near-infrared imaging with the Hubble Space Telescope (HST). The mid/far-infrared (M/FIR) data detect an Ultra-luminous Infrared Galaxy spatially coincident with the central galaxy, with LIR = 6.2+/-0.9 x 10^12 Lsun. The detection of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) at z=1.7 in a Spitzer-IRS spectrum of the source implies the FIR luminosity is dominated by star formation (an Active Galactic Nucleus contribution of 20%) with a rate of ~860+/-30 Msun/yr. The optical source corresponding to the IR emission is likely a chain of of > 10 individual clumps arranged as "beads on a string" over a linear scale of 66 kpc. Its morphology and proximity to the Brightest Cluster Galaxy imply a gas-rich interaction at the center of the cluster triggered the star formation. This system indicates that wet mergers may be an important process in forming the stellar mass of BCGs at early times.

研究の動機と目的

• 高赤方偏移域における質量の大きな最も明るい銀河団（BCG）の初期形成における湿った合体の役割を調査すること。
• z=1.7の非常に珍しい光学的豊富な銀河団における中心銀河の星形成活動と構造的形状を特徴づけること。
• 初期宇宙の銀河団核における極端な星形成を駆動する要因として、冷却流と銀河相互作用のどちらが支配的であるかを特定すること。
• 中心銀河の超高赤外光度の主な寄与要因が星形成活動かAGN活動かを評価すること。
• 最近のガスを多く含む相互作用が星形成を引き起こした動的および構造的証拠を評価すること。

提案手法

• Keck-MOSFIREを用いたスペクトロスコピックな銀河団の確認により、赤方偏移z=1.7089が得られ、27個のメンバー銀河が同定された。
• Spitzer/IRACの3.6 µm画像を用いた光度的豊富度推定により、500 kpc内での銀河数N_gal = 30 ± 8が得られた。
• ドレープ速度分散（430+80/-100 km/s）と標準スケーリング則を用いた質量推定により、500 kpc内での質量M ≈ 3.8 ± 1.2 × 10^14 M☉が得られた。
• HST/WFC3の赤外線画像、SCUBA2のミリ波長、Spitzer/MIPS/IRAC、Herschel/SPIRE、CFHT/UKIRTのデータを統合した多波長解析により、SEDと形状を調査した。
• Spitzer-IRSを用いた赤外線スペクトル解析により、多環芳香族炭化水素（PAH）特徴が検出され、星形成がAGNよりも支配的であることが確認された（AGN寄与率20％）。
• 中心領域の形態的分解により、「ひもに連なった玉」構造とその中赤外・遠赤外放射との空間的相関が特定された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z=1.7の銀河団の中心銀河で観測された極端な星形成率（約860 M☉/yr）の起源は何か？
• RQ2 BCGの星形成は冷却流によるものか、ガスを多く含む銀河の最近の湿った合体によるものか？
• RQ3 この銀河団の動的質量と構造的豊富度は何か？他のz>1.5の銀河団と比較するとどうなるか？
• RQ4 超高赤外光度（L_IR = 6.2 ± 0.9 × 10^12 L☉）は、星形成活動とAGN活動のどちらに起因しているか？
• RQ5 中心領域に観測された「ひもに連なった玉」のクラスター構造は、星形成と合体の歴史とどのように関係しているか？

主な発見

• z=1.7089の銀河団は、27個のメンバー銀河を有することから、スペクトロスコピックに確認され、豊富さと高赤方偏移が裏付けられた。
• 500 kpc内での銀河団質量は3.8 ± 1.2 × 10^14 M☉と推定され、z>1.5の他の巨大銀河団と整合的である。
• 最も明るい銀河団銀河（BCG）は、L_IR = 6.2 ± 0.9 × 10^12 L☉の超高赤外光度源を有しており、極端な星形成活動を示している。
• Spitzer-IRSスペクトル解析により、z=1.7で多環芳香族炭化水素（PAH）特徴が検出され、赤外線光度が星形成に支配的であり、補正済み星形成率は約860 ± 130 M☉/yrであると確認された。
• HST/WFC3画像により、66 kpcにわたる塊の構造が「ひもに連なった玉」に類似しており、中赤外・遠赤外放射と空間的に一致しており、進行中または最近の相互作用に起因する星形成を示している。
• 星形成がBCGに近接して発生していること、およびその形態的特徴から、星形成はガスを多く含む相互作用によって引き起こされた可能性が強く示唆され、高赤方偏移域におけるBCG質量集積の新たな経路である可能性がある。