[論文レビュー] History and destiny of an emerging early-type galaxy: New IFU insights on the major-merger remnant NGC7252

John R. Weaver, B. Husemann+8 more|arXiv (Cornell University)|Jan 29, 2018

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 135被引用数 14

ひとこと要約

本研究では、VLT-VIMOS IFU分光法を用いて、衝突から約10億年経過した近距離のマajor合体残骸であるNGC 7252を分析し、星形成が継続中の急速に再形成された共回転する中心ガス円盤を明らかにした（星形成率：2.2 ± 0.6 M☉ yr⁻¹）。また、星の運動学的性質は極軸合体構造を示しており、楕円銀河に似た外見にもかかわらず、青色で活発に星形成を続けているため、静的状態への移行が数十億年にもわたって続くことが示唆される。

ABSTRACT

NGC7252, which is one of the nearest major-merger galaxy remnants, is an ideal laboratory to study the processes inherent to the transformation of disc galaxies to ellipticals as observed about ~1Gyr after the collision. We obtained wide-field IFU spectroscopy with the VLT-VIMOS integral-field spectrograph covering the central 50"x50" of NGC7252 to map the stellar and ionised gas kinematics, and the distribution and conditions of the ionised gas, revealing the extent of ongoing star formation and recent star formation history. We find that the inner gas disc is not counter-rotating with respect to the stars and that the stellar kinematics appear complex with a clear indication of a prolate-like rotation component suggesting a polar merger configuration. The ongoing star formation rate is 2.2+-0.6 M_sun/yr and implies a typical depletion time of 2Gyr given the molecular gas content. Furthermore, the spatially-resolved star formation history suggests a slight radial dependence, moving outwards at later times. We confirm a large AGN-ionised gas cloud previously discovered 5kpc south of the nucleus, and find higher ionisation also at the galaxy centre relative to the surrounding gas disc. Although the higher ionisation towards the centre is potentially degenerate within the central star forming ring, it may be associated with a low-luminosity AGN. Although NGC7252 has been classified as post-starburst galaxy at the centre, the elliptical-like major-merger remnant still appears very active. A central kpc-scale gas disc has presumably re-formed quickly within the last 100Myr after final coalescence. The disc features ongoing star formation, implying Gyr long timescale to reach the red sequence through gas consumption alone. While NGC7252 is useful to probe the transformation from discs to ellipticals, it is not well-suited to study the transformation from blue to red at this point.

研究の動機と目的

• NGC 7252という近距離のマジョル合体残骸の運動学的および星形成特性を調査し、円盤銀河が楕円銀河にどのように変容するかを理解すること。
• NGC 7252におけるガス円盤の逆回転と星の運動学的性質に関する、以前の矛盾する主張を解消すること。
• AGNフィードバックとガス消費 timescale が、この銀河の静的状態への進化に果たす役割を評価すること。
• NGC 7252が青→赤のシーケンスへの移行の代表例であるのか、それとも進化段階で特異な存在であるのかを特定すること。

提案手法

• VLT-VIMOS機器を用いて、NGC 7252の中心を基準とした50″ × 50″の広視野インテグラルフィールドユニット（IFU）分光法を取得した。
• 発光線および吸収線のプロファイルを用いて、星およびイオン化ガスの運動学をマッピングし、星形成率（SFR）推定にHαおよび[O III]を用いた。
• ダスト補正済みHα全放射出力と星形成パopulation合成モデリングを用いて、空間的に分解された星形成歴（SFH）を導出した。
• 中心部の分子ガス質量とSFRを仮定して、一定の消費 timescale を想定し、分子ガスの消費 timescale を測定した。
• [O III]全放射出力からAGNの全放射出力（bolometric luminosity）を推定し、低放射出力AGN活動の有無を評価した。
• 星の運動学的性質を分析し、回転軸が棒状に近い回転（prolate-like rotation）の兆候を検出することで、合体の幾何学的構造（例：極軸合体）を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 7252の中心ガス円盤は、星と相対的に逆回転しているのか、以前の報告とは異なるか？
• RQ2 NGC 7252の空間的に分解された星形成歴は何か？また、半径方向に依存性があるか？
• RQ3 中心領域における現在の星形成率と分子ガスの消費 timescale は何か？
• RQ4 中心部に低放射出力AGNの証拠があるか？また、それがイオン化状態に与える影響は？
• RQ5 NGC 7252は、青色で星形成中の銀河から赤色で静的状態の楕円銀河への移行段階を代表しているのか、それとも進化段階で特異な存在なのか？

主な発見

• NGC 7252の中心ガス円盤は逆回転ではなく、星と共回転しており、以前の報告とは矛盾する。
• 星の運動学的性質は、準拡散型（oblate-like）および棒状（prolate-like）の回転成分を示しており、極軸合体構造または角運動量がずれた半径方向の軌道を示唆する。
• 中心7 kpc内での継続的星形成率は2.2 ± 0.6 M☉ yr⁻¹であり、分子ガスの消費 timescale は約2 Gyrである。
• 星形成歴は、約10億年前までに高い活動性が見られ、最初の合体時を過ぎても、半径方向に依存する複雑な進化を示している。
• 核から約5 kpc南に高イオン化ガス雲が確認され、中心部のイオン化度の増加は、L_bol < 2.4 × 10⁴¹ erg s⁻¹の低放射出力AGNの存在を示唆する。
• 初期型銀河の外見にもかかわらず、NGC 7252は青いクラウドに留まり、ガス消費のみで静的状態に到達するには約50億年を要するなど、赤シーケンスへの移行が非常に遅い。