[論文レビュー] Galactic Bar/Spiral Arm Interactions in NGC3627

H. Beuther, Sharon E. Meidt+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 21, 2016

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 52被引用数 13

ひとこと要約

本研究は、IRAM PdBIおよび30 m電波望遠鏡を用いた高分解能CO(2-1)データを用いて、NGC3627のバーとスパイラルアームの境界領域における分子ガスの運動学を調査し、バーとスパイラルアームのポテンシャル構造に沿ってガスが軌道を描いていることを示す複数の速度成分を特定した。結果は、バーがコリレーション半径まで延長されているモデルを支持しており、軌道の交差部でガスがたまり、強い星形成を引き起こすことを示唆し、銀河のW43ミニ星形成領域の妥当な銀河間類似例を提供する。

ABSTRACT

Aims: To gain insight into the expected gas dynamics at the interface of the Galactic bar and spiral arms in our own Milky Way galaxy, we examine as an extragalactic counterpart the evidence for multiple distinct velocity components in the cold, dense molecular gas populating a comparable region at the end of the bar in the nearby galaxy NGC3627. Methods: We assemble a high resolution view of molecular gas kinematics traced by CO(2-1) emission and extract line-of-sight velocity profiles from regions of high and low gas velocity dispersion. Results: The high velocity dispersions arise with often double-peaked or multiple line-profiles. We compare the centroids of the different velocity components to expectations based on orbital dynamics in the presence of bar and spiral potential perturbations. A model of the region as the interface of two gas-populated orbits families supporting the bar and the independently rotating spiral arms provides an overall good match to the data. An extent of the bar to the corotation radius of the galaxy is favored. Conclusions: Using NGC3627 as an extragalactic example, we expect situations like this to favor strong star formation events such as observed in our own Milky Way since gas can pile up at the crossings between the orbit families. The relative motions of the material following these orbits is likely even more important for the build up of high density in the region. The surface densities in NGC3627 are also so high that shear at the bar end is unlikely to significantly weaken the star formation activity. We speculate that scenarios in which the bar and spiral rotate at two different pattern speeds may be the most favorable for intense star formation at such interfaces.

研究の動機と目的

• 銀河のバーとスパイラルアームの境界におけるガス力学を、銀河系のW43ミニ星形成領域の類縁対象として研究すること。
• W43領域における複数の速度成分が物理的相互作用か偶然の一致かを特定する曖昧さを解消すること。
• NGC3627で観測された速度成分が、バーとスパイラルポテンシャルに起因する別々の軌道族に由来するかどうかを特定すること。
• このような軌道の交差が、バーとスパイラルアームの境界で観測される強力な星形成活動を説明できるかどうかを評価すること。
• せん断効果がある中で、相対運動とガス面密度が、星形成効率を維持する役割を果たすかどうかを評価すること。

提案手法

• IRAM PdBIおよび30 m電波望遠鏡を用いて、NGC3627の分子ガス運動学をマッピングする高分解能CO(2-1)放射データを取得した。
• ガス速度分散が高いか低いかに応じた視線方向速度プロファイルを抽出し、複数のスペクトル成分を特定した。
• 観測された速度成分を、バーを支持する軌道族と、独立して回転するスパイラルアームに関連する軌道族の2つに由来するとモデル化した。
• バーとスパイラルポテンシャルの摂動下での軌道力学の予測と、観測された速度重心とラインプロファイルを比較した。
• 雲同士の相互作用の妥当性を、理論的期待値と比較して速度間隔とライン幅を評価した。
• せん断と表面密度の役割を、差動運動がある中で星形成効率を維持する要因として評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC3627のバーとスパイラルアームの境界領域における分子ガスの複数の速度成分は、バーとスパイラル構造に関連する別々の軌道族に由来するか？
• RQ2 バーがコリレーション半径まで延長されている場合に、バーとスパイラルポテンシャルの組み合わせ下での軌道力学によって、観測された運動学的特徴を説明できるか？
• RQ3 NGC3627の速度間隔とライン幅は、銀河系のW43領域と比較してどう異なるか？ これはガス成分の物理的関連性に何を示唆するか？
• RQ4 境界部におけるガス流間の相対運動が、ガスの圧縮と星形成の増強にどの程度寄与しているか？
• RQ5 バーの端で観測された高い表面密度を考慮すると、せん断が星形成を破壊または抑制するのに十分か？

主な発見

• NGC3627のバーとスパイラルアームの境界領域における分子ガスでは、二重ピークまたは複数ピークのラインプロファイルを示す複数の速度成分が検出され、複雑な運動学的状態を示している。
• 観測された速度成分は、バーに起因する軌道と、独立して回転するスパイラルアームに関連する軌道に従う動的モデルとよく一致している。
• バーがコリレーション半径まで延長されているモデルが、観測された速度重心とラインプロファイルに最もよく適合する。
• NGC3627における成分間の速度差（約50 km s⁻¹）とライン幅（13COのFWHM ~22.3 km s⁻¹）は、銀河系のW43領域で観測された値と同等である。
• NGC3627における高いガス表面密度は、せん断運動が境界部での星形成活動を顕著に抑制する可能性が低いことを示唆している。
• 結果は、相対運動によって引き起こされる軌道交差部でのガスのたまりが、強力な星形成を引き起こす可能性を支持しており、銀河系のW43ミニ星形成領域の妥当な説明を提供する。