[論文レビュー] Dynamics of Starbursting Dwarf Galaxies. III. A HI study of 18 nearby objects

Federico Lelli, Marc Verheijen+1 more|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|Apr 24, 2014

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 114被引用数 61

ひとこと要約

本研究は、新しいおよびアーカイブ済みの電波データを用いて、18個の近距離に位置する星形成活発な矮星銀河のH I運動学を分析した。その結果、激しい最近の星形成にもかかわらず、これらの系は高いバリオン質量およびガス質量分率を維持しており、ガスの放出は最小限に抑えられている。平均して、バリオン質量は全質量の少なくとも30%を占めている。これは、星形成活発化のフィードバックが重力ポテンシャルを著しく破壊したり、ハローからガスを放出させたりしないことを示唆している。

ABSTRACT

We investigate the dynamics of starbursting dwarf galaxies, using both new and archival HI observations. We consider 18 nearby galaxies that have been resolved into single stars by HST observations, providing their star formation history and total stellar mass. We find that 9 objects have a regularly-rotating HI disk, 7 have a kinematically disturbed HI disk, and 2 show unsettled HI distributions. Two galaxies (NGC 5253 and UGC 6456) show a velocity gradient along the minor axis of the HI disk, that we interpret as strong radial motions. For galaxies with a regularly rotating disk we derive rotation curves, while for galaxies with a kinematically disturbed disk we estimate the rotation velocities in their outer parts. We derive baryonic fractions within about 3 optical scale lengths and find that, on average, baryons constitute at least 30$\%$ of the total mass. Despite the star formation having injected $\sim$10$^{56}$ ergs in the ISM in the last $\sim$500 Myr, these starbursting dwarfs have both baryonic and gas fractions similar to those of typical dwarf irregulars, suggesting that they did not eject a large amount of gas out of their potential wells.

研究の動機と目的

• 激しい星形成に伴う星形成活発な矮星銀河の力学的応答、特にガスの保持と質量予算に関する理解を深めること。
• 強い星形成フィードバックが顕著なガス放出を引き起こすか、あるいはバリオン質量およびダークマター分布を変化させるかを特定すること。
• これらの系における質量分布およびバリオン質量分率を制約するために、H I運動学の役割を評価すること。
• ΛCDMモデルにおけるフィードバック駆動型進化を想定した予測と、観測されたH I運動学および質量分率を比較すること。
• 回転中心およびH Iの形態を解明することで、ディスク安定性および外部要因の影響を推測すること。

提案手法

• 18個の近距離に位置する星形成活発な矮星銀河における中性ガス分布および運動学をマッピングするため、新しいおよびアーカイブ済みのH I 21 cm線データを取得した。
• H I速度場、位置-速度図、チャンネルマップを用いて、H I運動学を規則的な回転、乱れた状態、不安定な状態に分類した。
• 3次元ディスクモデルをフィッティングして、H Iデータから回転中心、系統的径速度、位置角、および傾きを導出した。
• 規則的なH Iディスクを示す銀河について回転曲線を導出し、乱れた系については外縁部の回転速度を推定した。
• HSTデータを用いて解像度の高い星形成歴（SFH）から星の質量を算出し、Salpeter IMFを用い、ガスの再循環効率を30%とした。
• スパイラル銀河と同一と仮定した星形成効率スケーリング関係を用いて、分子ガス質量を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 星形成活発な矮星銀河は、激しい星形成にもかかわらず、顕著なH Iガスを保持しているのか、それともフィードバックが効果的にガスを放出させているのか？
• RQ2 ~3光学的スケール長半径内でのバリオン質量分率は何か？また、典型的な矮星不規則銀河と比べてどうか？
• RQ3 H Iガスの運動学（規則的な回転対比して乱れた状態）は、星形成の強度および持続時間とどのように相関しているか？
• RQ4 H Iディスクに強い径方向運動の兆候があるか？それらを引き起こす要因は何か？
• RQ5 特に星形成率が高い系において、観測された回転曲線を説明するために、どれほどダークマターが必要か？

主な発見

• 18個の銀河のうち9個が規則的なH Iディスクを示し、7個が運動学的に乱れたH I運動学を示し、2個が不安定なH I分布を示した。
• NGC 5253およびUGC 6456の2個の銀河では、短軸方向に速度勾配が見られ、H Iディスク内での強い径方向運動と解釈された。
• ~3光学的スケール長半径内での平均バリオン質量分率は少なくとも30%であり、これはバリオン質量が全質量の顕著な割合を占めていることを示している。
• 過去約500 Myr間に星形成によってISMに約10^56 ergのエネルギーが注入されたにもかかわらず、バリオン質量およびガス質量分率は、典型的な矮星不規則銀河と同程度のままであった。
• 顕著なガス枯渇の兆候がないことから、これらの系における星形成活発化のフィードバックは、重力ポテンシャルウエルからのガス放出を効率的に行わないことが示唆された。
• この結果は、これらの矮星銀河における星形成活発化のフィードバックが、大規模なガス損失や全体的な質量予算の顕著な変化を引き起こすほど強くはないと示唆している。