[論文レビュー] Evidence for Ultra-Diffuse Galaxy Formation Through Tidal Heating of Normal Dwarfs

Michael G. Jones, Paul Bennet+6 more|arXiv (Cornell University)|Apr 26, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 172被引用数 33

ひとこと要約

本研究は、星の流れの近くに位置する2つの超拡散銀河（UDG）、NGC 2708-Dw1 および NGC 5631-Dw1 を、ハッブル宇宙望遠鏡の画像とVLAのH Iマッピングを用いて調査した。両銀河の球状星団の数は、通常の矮星銀河と一致しており、母銀河との明確なH I結合は認められず、これは潮汐矮星銀河（TDG）起源を強く否定し、これらのUDGが事前に存在する通常の矮星銀河が潮汐加熱によって形成されたという仮説を支持する。

ABSTRACT

We have followed up two ultra-diffuse galaxies (UDGs), detected adjacent to stellar streams, with Hubble Space Telescope (HST) imaging and HI mapping with the Jansky Very Large Array (VLA) in order to investigate the possibility that they might have a tidal origin. With the HST F814W and F555W images we measure the globular cluster (GC) counts for NGC 2708-Dw1 and NGC 5631-Dw1 as $2^{+1}_{-1}$ and $5^{+1}_{-2}$, respectively. NGC 2708-Dw1 is undetected in HI down to a 3$\sigma$ limit of $\log (M_\mathrm{HI}/\mathrm{M_\odot}) = 7.3$, and there is no apparent HI associated with the nearby stellar stream. There is a 2$\sigma$ HI feature coincident with NGC 5631-Dw1. However, this emission is blended with a large gaseous tail emanating from NGC 5631 and is not necessarily associated with the UDG. The presence of any GCs and the lack of clear HI connections between the UDGs and their parent galaxies strongly disfavor a tidal dwarf galaxy origin, but cannot entirely rule it out. The GC counts are consistent with those of normal dwarf galaxies, and the most probable formation mechanism is one where these UDGs were born as normal dwarfs and were later tidally stripped and heated. We also identify an over-luminous ($M_\mathrm{V} = -11.1$) GC candidate in NGC 2708-Dw1, which may be a nuclear star cluster transitioning to an ultra-compact dwarf as the surrounding dwarf galaxy gets stripped of stars.

研究の動機と目的

• 超拡散銀河（UDG）が星の流れに関連して発生した場合、それが潮汐矮星銀河（TDG）として形成されたかどうかを検証すること。
• 2つのUDGの球状星団（GC）集団を特定し、その形成歴を評価すること。
• UDGと母銀河との間のH Iガス結合を探索し、潮汐起源仮説を評価すること。
• これらのUDGが事前に存在する拡散系であったのか、それとも通常の矮星銀河が潮汐相互作用によって変化したのかを評価すること。
• 観測的制約に照らして、反発力、スピンパラメータ、または失敗したL*銀河といった、対立する形成メカニズムを評価すること。

提案手法

• NGC 2708-Dw1およびNGC 5631-Dw1の球状星団を検出・数えるために、高解像度のHST/WFC3 F814WおよびF555W画像を取得した。
• カール・G・ジャンスキー・非常に大規模電波干渉計（VLA）を用いた深さのあるH Iマッピングを行い、UDGと母銀河、または星の流れとの間の中性ガス関連を探索した。
• DOLPHOTソフトウェアを用いて点源光度測定を行い、統計的不確実性を伴うGC数を導出した。
• NGC 2708-Dw1の3σ H I検出限界を log(MHI/M⊙) = 7.3 と測定し、H Iで検出されないことを示した。
• NGC 5631-Dw1およびその母銀河NGC 5631におけるH I放射の空間的一致を分析し、ガスが物理的に結合しているかどうかを評価した。
• TDG、通常の矮星銀河、および潮汐加熱系に対する理論的期待値と、観測されたGC数とH I特性を比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 2708-Dw1およびNGC 5631-Dw1の球状星団系は、このような系が期待されるように、潮汐矮星銀河（TDG）起源を支持するか？
• RQ2 NGC 2708-Dw1またはNGC 5631-Dw1と母銀河、または周囲の星の流れとの間に検出可能なH Iガスが存在するか？
• RQ3 これらのUDGにおけるGC数は、通常の矮星銀河のものと一致しているか、それとも失敗したL*銀河や潮汐矮星銀河に見られるようなより大きなホールの特徴を示唆するか？
• RQ4 H I放射の空間的位置がUDGおよびその母銀河に対して、特にTDGが潮汐尾の先端に位置することが知られていることと照らし合わせて、潮汐起源を支持するか？
• RQ5 GC集団およびH I特性を踏まえた場合、これらのUDGの最も妥当な形成メカニズムは何か？

主な発見

• NGC 2708-Dw1の球状星団数は 2+1−1 であり、類似の光度を持つ通常の矮星銀河と一致している。
• NGC 5631-Dw1の球状星団数は 5+1−2 であり、これも通常の矮星銀河のGC集団と一致している。
• NGC 2708-Dw1は、3σ限界 log(MHI/M⊙) = 7.3 までH Iで検出されず、近隣の星の流れや母銀河NGC 2708との明確なH I結合は認められない。
• NGC 5631-Dw1と一致する2σのH I特徴が存在するが、これはNGC 5631の大きなガス尾と重なっており、UDGに明確に関連しているとは断定できない。
• 低GC数とH I結合の欠如は、両UDGが潮汐矮星銀河として形成されたというシナリオを強く否定する。
• 最も妥当な形成メカニズムは、事前に存在する通常の矮星銀河が潮汐相互作用によって加熱されたものであり、グループ環境における潮汐剥ぎ取りのシミュレーションと整合的である。