[論文レビュー] Hydrogen tails, plumes, clouds and filaments

B. Koribalski|arXiv (Cornell University)|Feb 18, 2020

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、相互作用する銀河系における、潮汐尾、プラウム、クラウド、繊維状構造といった拡張された低表面輝度（LSB）中性水素（H i）構造をレビューし、銀河団や銀河グループにおける重力的相互作用やランプ圧力の痕跡を示す役割に注目している。深さのあるH iサーベイとシミュレーションを用いて、数100キロパーセクにわたる巨大なH i特徴が同定され、主な発見として、マゼランスティーム（180 kpc、2.7×10⁸ M⊙）や巨大なH iクラウド（例：HIPASS J0731–69、10⁹ M⊙）が挙げられ、星の対応物のない暗黒H i構造を検出するための近い将来のサーベイ（WALLABYおよびMeerKAT）の重要性が強調されている。

ABSTRACT

Here I present a brief review of interacting galaxy systems with extended low surface brightness (LSB) hydrogen tails and similar structures. Typically found in merging pairs, galaxy groups and clusters, HI features in galaxy surroundings can span many hundreds of kpc, tracing gravitational interactions between galaxies and ram pressure forces moving through the intra-group/cluster medium. Upcoming large HI surveys, e.g., with the wide-field (FOV = 30 square degrees) Phased Array Feeds on the Australian SKA Pathfinder (ASKAP), will provide a census of LSB structures in the Local Universe. By recording and comparing the properties (length, shape, HI mass, etc.) of these observed structures and their associated galaxies, we can - using numerical simulations - try to establish their origin and evolutionary path.

研究の動機と目的

• ローカル・ユニバースにおける、潮汐尾、プラウム、クラウド、繊維状構造を含む、拡張された低表面輝度H i構造の包括的カタログの作成と分析。
• これらの特徴のH i質量、長さ、運動学的性質を定量化し、銀河相互作用における起源と進化経路を理解すること。
• 星の対応物が検出されない場合でも、H i構造と星のストリームおよび潮汐矮星銀河を相関させることで、光学的および電波的観測を橋渡しすること。
• 大規模3次元データボリュームにおける拡散的H i特徴の検出・分類のためのツールを開発し、近い将来の広視野H iサーベイ（例：ASKAPのWALLABY）に備えること。
• 衝突系のシミュレートされたH i画像を用いて、宇宙論的距離におけるH i尾および破片の検出可能性を評価すること。

提案手法

• 広視野サーベイ（例：HIPASS、ASKAP、MeerKAT）および深さのある干渉計観測からの観測H i構造の収集、形状分類および運動学的解析。
• 3次元H iデータキューブを用いたH i質量、サイズ、および速度構造の測定。投影効果および拡散的放射の影響を考慮。
• モジュラー・ソース検出アプリケーション（SoFiA）を用いて、大規模サーベイデータボリュームにおける拡張H i特徴の検出と分類。
• 単一電波望遠鏡と干渉計のデータ統合により、特に拡張構造における高密度クラスタと拡散的H i放射の両方を回復。
• 数値的シミュレーション（例：潮汐相互作用およびランプ圧力）を用いて、観測されたH i形状および運動学的性質をモデル化・解釈。
• 観測されたH i特徴を、衝突系のシミュレートされたH i画像（例：赤方偏移z=0.1–0.6のArp 299）と比較し、高赤方偏移での検出可能性を評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河団および銀河グループにおける、潮汐尾、プラウム、分離したクラウドといった拡張H i構造の起源と進化経路は何か？
• RQ2 H i特徴の運動学的性質および形状は、相互作用系における星の潮汐尾および星形成とどのように相関するか？
• RQ3 H i構造が銀河団における重力的相互作用およびランプ圧力剥ぎ取りをどれほど正確にトレースするか？
• RQ4 銀河系におけるH i質量のうち、星の対応物のない拡散的・低表面輝度構造に占める割合はどの程度か？
• RQ5 近い将来の広視野H iサーベイ（例：WALLABYおよびMeerKAT）は、暗黒H iクラウドおよび潮汐デブリの検出および特徴付けをどの程度向上させるか？

主な発見

• マゼランスティームは少なくとも180 kpcにわたり、2.7×10⁸ M⊙のH iを含み、銀河のマグラル・クラスタと天の川銀河の相互作用を示している。
• HIPASS J0731–69は、10⁹ M⊙の巨大H iクラウドであり、NGC 2442から200 kpc離れており、部分的なループに沿ったクラスタから構成されている。
• 楕円銀河NGC 1490の周囲に、約500 kpcにわたる4つの巨大H iクラウドが発見され、グループ環境における広範なH iデブリの存在を示している。
• E/S0銀河M 105、NGC 5291、NGC 1533の周囲に、約200 kpcの直径のH iリングが検出され、おそらく潮汐相互作用によって形成されたものと考えられる。
• NGC 2782系には、54 kpcの西側H iプラウムがあり、質量は1.4×10⁹ M⊙で、システム全体のH i質量のおよそ40％を占め、最近の非中心衝突に一致する。
• Arp 299では、180 kpcの北側H iテイルが存在するが、光学的にはほとんど見えず、約20 kpcずれた微弱なLSB星のストリームが付随している。これは、H iが潮汐デブリにおいて支配的であることを示している。