[論文レビュー] Lopsidedness in WHISP galaxies: II. Morphological lopsidedness

J. van Eymeren, E. Juette+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 25, 2011

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 24被引用数 27

ひとこと要約

本研究では、WHISP銀河70個のH i表面密度マップをフーリエ調波分解を用いて形態的偏りを測定し、偏り（A₁ ≈ 0.1）が一般的で、光学的円盤をはるかに超えて1–4光学的半径にまで及ぶことが判明。これはm=1のグローバルモードを示唆する。偏りは光学的半径を越えて飽和し、小スケールの揺らぎを示すが、これは渦巻き構造に起因する可能性が高く、潮汐パラメータとは明確な相関を示さない。これは特に初期型銀河で偏りが大きいことから、潮汐的相互作用が主な起源である可能性を示唆する。

ABSTRACT

The distribution of stars and gas in many galaxies is asymmetric. This so-called lopsidedness is expected to significantly affect the dynamics and evolution of the disc, including the star formation activity. Here, we measure the degree of lopsidedness for the gas distribution in a selected sample of 70 galaxies from the Westerbork HI Survey of Spiral and Irregular Galaxies. This complements our earlier work (Paper I) where the kinematic lopsidedness was derived for the same galaxies. The morphological lopsidedness is measured by performing a harmonic decomposition of the surface density maps. The amplitude of lopsidedness A_1, the fractional value of the first Fourier component, is typically quite high (about 0.1) within the optical disc and has a constant phase. Thus, lopsidedness is a common feature in galaxies and indicates a global mode. We measure A_1 out to typically one to four optical radii, sometimes even further. This is, on average, four times larger than the distance to which lopsidedness was measured in the past using near-IR as a tracer for the old stellar component, and will therefore provide a new, more stringent constraint on the mechanism for the origin of lopsidedness. Interestingly, the value of A_1 saturates beyond the optical radius. Furthermore, the plot of A_1 vs. radius shows fluctuations which we argue are due to local spiral features. We also try to explain the physical origin of this observed disc lopsidedness. No clear trend is found when the degree of lopsidedness is compared to a measure of the isolation or interaction probability of the sample galaxies. However, this does not rule out a tidal origin if the lopsidedness is long-lived. Additionally, we find that the early-type galaxies tend to be more morphologically lopsided than late-type galaxies. Both results together indicate a tidal origin for the lopsidedness.

研究の動機と目的

• WHISP調査の70個の銀河のガス分布における形態的偏りを、高感度H iデータを用いて定量すること。
• 従来の近赤外トレーサーに制限されていた光学的半径を越えた偏りの半径的測定を拡大すること。
• 偏りの物理的起源を、偏り振幅（A₁）と潮汐相互作用パラメータ、銀河タイプを比較することで調査すること。
• 偏りが潮汐的相互作用か内部メカニズムかによって駆動されているかどうかを、特にその長期的持続可能性に鑑みて特定すること。
• 同じ銀河サンプルにおける形態的偏りと運動学的偏りの整合性を評価すること。

提案手法

• H i表面密度マップの調波分解を実行し、第一の方位角フーリエ成分（A₁）を抽出することで、偏りの振幅を定義する。
• WHISP調査の深さのある中程度解像度のH iデータを用い、光学的円盤（R_opt）を越えて広範囲にわたるA₁を測定する。
• 近くの同伴銀河の数と質量に基づいて、相互作用確率を評価するための潮汐パラメータ（T_p）を計算し、Tully近傍銀河カタログを用いる。
• A₁値を銀河タイプ（初期型対後期型）および潮汐パラメータ（T_p）と比較し、潮汐的または内部的起源を示す相関があるかを検証する。
• A₁の半径方向プロファイルを分析し、グローバルな傾向と局所的な揺らぎを特定。後者はスイング増幅による可能性の高い渦巻き構造と解釈する。
• 形態的偏り（A₁）とPaper Iで得られた運動学的偏り（後退側／接近側の非対称性に基づく）を比較し、一貫性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 WHISP銀河のH iガス分布における形態的偏りの半径的広がりは何か？また、従来の近赤外トレーサーを用いた研究と比較するとどうなるか？
• RQ2 偏りの位相は半径に依存せず一定であるか？これはグローバルm=1モードを示唆するか？
• RQ3 偏りの振幅（A₁）は潮汐相互作用強度（T_p）と相関するか？これにより潮汐的起源が示唆されるか？
• RQ4 初期型銀河は後期型銀河よりも偏りが大きいとされるが、これは偏りの起源に何を示唆するか？
• RQ5 A₁の半径方向での揺らぎは、グローバルモードではなく局所的渦巻き構造に起因するものか？

主な発見

• 光学的円盤内での偏りの平均振幅（A₁）は約0.1であり、ガス分布における顕著で一般的な非対称性を示している。
• 多くの銀河で偏りは1–4光学的半径まで測定され、少数の例では10 R_optまで達している。これは、従来の近赤外データを用いた研究に比べてはるかに広がっている。
• 光学的半径を越えて、A₁値は飽和している。これは、偏りモードの成長または影響に物理的限界があることを示唆する。
• 偏りの位相は半径にわたり顕著に一定であり、グローバルm=1モードの解釈を支持する。
• A₁の半径方向での小スケールの揺らぎは、スイング増幅による局所的渦巻き構造に起因すると解釈される。
• A₁と潮汐パラメータT_pの間に有意な相関は認められないが、初期型銀河で偏りが大きいことから、特に偏りが長期間にわたって持続可能な場合、潮汐的相互作用が主な起源である可能性が支持される。