[論文レビュー] Hubble Space Telescope Captures UGC~12591: Bulge/Disc Properties, Star Formation and `Missing Baryons' Census in a Very Massive and Fast Spinning Hybrid Galaxy

Shankar Ray, J. Bagchi+5 more|arXiv (Cornell University)|Mar 6, 2022

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、ハッブル宇宙望遠鏡および多波長データを用いて、バルクが支配的（HバンドB/D = 69%）で、非常に低い星形成（SFR ≈ 0.1–0.2 M☉ yr⁻¹）である、質量が大きく高速回転するハイブリッド銀河UGC 12591を分析した。星形成質量が1.6×10¹¹ M☉にもかかわらず、静的状態にあり、全バリオンのうち15%しか把握されていないため、バリオン欠如が85%に達しており、AGNフィードバックや冷却効率の低さといった重力的でないプロセスが、バリオン・タリーフィッシャー関係のような標準的スケーリング関係を破壊している可能性を示唆している。

ABSTRACT

We present Hubble Space Telescope (HST) observations of the nearby, massive, highly rotating hybrid galaxy UGC~12591, along with observations in UV to FIR bands. HST data in V, I, and H bands is used to disentangle the structural components. Surface photometry shows a dominance of the bulge over the disc with H-band B/D ratio of $69\%$. The spectral energy distribution (SED) fitting reveals an extremely low global star formation rate (SFR) of $ m\sim0.1-0.2 M_\odot yr^{-1}$, exceptionally low for the galaxy's huge stellar mass of $ m 1.6 imes10^{11}M_\odot$, implying a strong quenching of its SFR with star formation efficiency of $3-5\%$. For at least the past $ m 10^{8}$ years, the galaxy has remained in a quiescent state as a sterile, `red and dead' galaxy. UGC~12591 hosts a supermassive black hole (SMBH) of $ m 6.18 imes 10^{8} M_\odot$ which is possibly quiescent at present, i.e. neither we see large ($ m>1 kpc$) radio jets nor is the SMBH contributing significantly to the mid-IR SED, ruling out strong radiative feedback of AGN. We obtained a detailed census of all observable baryons with a total mass of $ m 6.46 imes10^{11} M_\odot$ within the virial radius, amounting to a baryonic deficiency of $\sim$$85\%$ relative to the cosmological mean. Only a small fraction of these baryons resides in a warm/hot circum-galactic X-ray halo, while the majority are still unobservable. We discussed various astrophysical scenarios to explain its unusual properties. Our work is a major step forward in understanding the assembly history of such extremely massive, isolated galaxies.

研究の動機と目的

• ハッブル宇宙望遠鏡の画像を用いて、UGC 12591の構造的成分（バルク/ディスク）および星形成特性を調査すること。
• バリアオン半径内における全観測可能なバリオンの包括的把握を通じて、バリオン欠如の程度を評価すること。
• この質量が大きく孤立した銀河で星形成が停止している背景にあるAGNフィードバックの役割を評価すること。
• バリオン・タリーフィッシャー関係（BTFR）がUGC 12591のような極端な系においても成立するかを検証すること。
• 質量が大きく静的で高速回転するハイブリッド銀河の形成に寄与する進化的メカニズムを理解すること。

提案手法

• V, I, HバンドのHST ACSデータに対して表面画像測定を実施し、バルクおよびディスク成分を分解した。
• UVからFIRまでの多波長データを用いてスペクトルエネルギー分布（SED）をフィッティングし、全星形成率および星形成質量を導出した。
• 星形成質量、冷媒・温風・熱ガス、およびダークマター・ハロー質量を合算することで、バリアオン半径内における全バリオン質量を推定した。
• X線観測を用いて、熱ガスとしての周囲銀河系媒体（CGM）の質量を推定した。
• 銀河の動的質量とバリオン質量を宇宙論的平均と比較し、バリオン欠如の程度を定量化した。
• 電波および中赤外データを分析して、活動的銀河核（AGN）フィードバックの存在と影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 UGC 12591のバルクとディスクの構造的性質は何か？ それぞれが光の寄与に占める割合は？
• RQ2 星形成質量が1.6×10¹¹ M☉にもかかわらず、なぜ星形成率が0.1–0.2 M☉ yr⁻¹という極めて低い水準にあるのか？
• RQ3 UGC 12591のバリオン質量はどの程度まで把握されており、どの程度が未観測状態にあり、バリオン欠如を示唆しているか？
• RQ4 特に熱ハロー・ガス質量を含めた場合に、バリオン・タリーフィッシャー関係（BTFR）はUGC 12591に適用可能か？
• RQ5 過去のAGNフィードバックや他の重力的でないプロセスが、この質量の大きな銀河における静的状態とバリオン欠如を説明できるか？

主な発見

• UGC 12591は、HバンドB/D比が69%に達する支配的バルクを示し、強くバルク支配的な形態を示している。
• 銀河は、星形成質量が1.6×10¹¹ M☉にもかかわらず、全星形成率が0.1–0.2 M☉ yr⁻¹という極めて低い水準にあり、星形成効率はたったの3–5%にとどまっている。
• この銀河は、少なくとも10⁸年間、静的状態にあり、星形成が顕著に進行していない「赤く死んだ」銀河と分類される。
• バリアオン半径内に6.46×10¹¹ M☉の全バリオン質量が存在すると判明したが、これは宇宙論的平均の15%にすぎず、約85%のバリオン欠如を示している。
• バリオンのわずかな部分しか熱周囲銀河系媒体（X線）に存在せず、大多数のバリオンは観測不能な状態にあり、欠落しているバリオンが期待される状態にないことを示唆している。
• 予想される熱ハロー・ガス質量を含めても、UGC 12591は標準のバリオン・タリーフィッシャー関係（傾き〜4）から著しく外れているため、AGNフィードバックや冷却効率の低さといった重力的でないプロセスが、自己相似スケーリングの破綻を引き起こしている可能性がある。