[論文レビュー] Jellyfish galaxies with the IllustrisTNG simulations -- No enhanced population-wide star formation according to TNG50

Junia Göller, Gandhali D Joshi+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 18, 2023

Plant and animal studiesAgricultural and Biological Sciences被引用数 3

ひとこと要約

高解像度のTNG50宇宙論的シミュレーションを用いて、この研究では、ラム圧ストリッピングを受けるジャイリッシュ銀河—すなわち、ジャイリッシュ銀河—における星形成を調査した。銀河本体および剥がれた尾部において頻繁に星形成が見られるが、TNG50では、マッチドコントロールサンプルと比較して星形成率（SFR）に集団的（パopulation-wide）な増加は認められず、これは一部の観測で観測された増加が、本質的な集団レベルの効果ではなく、選択バイアスに起因する可能性を示唆している。

ABSTRACT

Due to ram-pressure stripping, jellyfish galaxies are thought to lose large amounts, if not all, of their interstellar medium. Nevertheless, some, but not all, observations suggest that jellyfish galaxies exhibit enhanced star formation compared to control samples, even in their ram pressure-stripped tails. We use the TNG50 cosmological gravity+magnetohydrodynamical simulation, with an average spatial resolution of 50-200 pc in the star-forming regions of galaxies, to quantify the star formation activity and rates (SFRs) of more than 700 jellyfish galaxies at $z=0-1$ with stellar masses $10^{8.3-10.8}\,\mathrm{M}_\odot$ in hosts with mass $10^{10.5-14.3}\,\mathrm{M}_\odot$. We extract their global SFRs, the SFRs within their main stellar body vs. within the tails, and we follow the evolution of the star formation along their individual evolutionary tracks. We compare the findings for jellyfish galaxies to those of diversely-constructed control samples, including against satellite and field galaxies with matched redshift, stellar mass, gas fraction and host halo mass. According to TNG50, star formation and ram-pressure stripping can indeed occur simultaneously within any given galaxy, and frequently do so. Moreover, star formation can also take place within the ram pressure-stripped tails, even though the latter is typically subdominant. However, TNG50 does not predict elevated population-wide SFRs in jellyfish compared to analog satellite galaxies with the same stellar mass or gas fraction. Simulated jellyfish galaxies do undergo bursts of elevated star formation along their history but, at least according to TNG50, these do not translate into a population-wide enhancement at any given epoch.

研究の動機と目的

• 宇宙論的シミュレーションにおいて、ジャイリッシュ銀河がマッチドコントロールサンプルと比較して、より高い全般的な星形成率を示すかどうかを明らかにすること。
• 宇宙の時間的経過に伴い、ラム圧ストリッピングと星形成が個々の銀河で共存するかを調査すること。
• 剥がれた尾部における星形成が、全銀河のSFRに著しく寄与しているかどうかを評価すること。
• 観測で報告されたジャイリッシュ銀河における集団的SFRの増加が、物理的実態であるのか、それとも選択バイアスに起因するのかを評価すること。
• 環境的要因を分離するために、星形成質量、ガス分率、ハロー質量について、マッチド衛星銀河およびフィールド銀河と比較すること。

提案手法

• TNG50シミュレーション（星形成領域で50–200 pcの解像度を持つ大規模な重力・磁気流体ダイナミクス的宇宙論的シミュレーション）を用いた。
• 形状およびガス尾の特徴に基づき、赤方偏移z = 0–1の範囲で700個以上のジャイリッシュ銀河を同定した。星形成トレーサーに依存せず、独立して同定した。
• 時間分解粒子追跡法を用いて、各ジャイリッシュ銀河の全般的なSFR、銀河本体のSFR、尾部特有のSFRを測定した。
• 複数のコントロールサンプル（同様の星形成質量、ガス分率、ハロー質量を持つマッチド衛星およびフィールド銀河）を構築した。
• 個々のジャイリッシュ銀河の進化軌道を追跡し、ラム圧イベント中のSFRの変化を分析した。
• 赤方偏移（z ≈ 1まで）の異なる時点での集団間の中央SFRを比較し、SFR抑制率とスターバーストの頻度を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 TNG50におけるジャイリッシュ銀河は、質量およびガス分率がマッチドされたコントロールサンプルと比較して、より高い全般的な星形成率を示すか？
• RQ2 ラム圧ストリッピングを受けた尾部における星形成は、ジャイリッシュ銀河の全SFRに著しく寄与しているか？
• RQ3 ジャイリッシュ銀河はその進化過程でSFRが増加し、それが集団的SFRの上昇を引き起こすか？
• RQ4 ジャイリッシュ銀河のSFR抑制率は、同様の質量および環境条件にあるランダムに選択された衛星銀河と比較してどう異なるか？
• RQ5 観測で報告されたジャイリッシュ銀河における集団的SFR増加は、物理的実態ではなく、選択バイアスに起因する程度はどの程度か？

主な発見

• TNG50では、深刻なラム圧ストリッピングを受けても、ジャイリッシュ銀河は通常星形成が活発であり、星形成は銀河本体および剥がれた尾部の両方で発生している。
• 尾部における星形成は、主に銀河本体に比べて劣位にあり、全SFRに及ぼす寄与は著しく小さいが、物理的に妥当であり、シミュレーションで観測可能である。
• 74％のジャイリッシュ銀河が、近点通過期に星形成メインシーケンスを上回る一時的なSFRバーストを経験しているが、これにより集団的SFRの上昇は生じない。
• 任意の時点において、ジャイリッシュ銀河の中央SFRは星形成メインシーケンスを下回っており、マッチドフィールドおよび衛星銀河コントロールサンプルと統計的に有意に差がない。
• 初期ガス分率が高いため、ジャイリッシュ銀河は一般の衛星銀河に比べてSFR抑制が少なく、これは観測サンプルにおける選択バイアスである。
• シミュレーションでは、ジャイリッシュ銀河に全般的な星形成の系統的増加の証拠は確認できず、こうしたシステムにおけるSFR増加の観測的主張に反する。