[論文レビュー] LoTSS jellyfish galaxies: II. Ram pressure stripping in groups versus clusters

Ian Roberts, R. J. van Weeren+4 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 138被引用数 70

ひとこと要約

本研究では、LOFARの144 MHz電波連続スペクトル調査を用いて、約500の低赤移 shift 群（10^12.5 < M_group < 10^14 h⁻¹ M⊙）におけるジェリーフィッシュ銀河（衝撃波圧によって引き裂かれた尾を持つ銀河）を同定し、それらの性質をクラスタと比較した。その結果、群でも衝撃波圧剥がれが発生しているが、クラスタに比べて頻度も効率性も低いことが判明し、群におけるジェリーフィッシュ銀河には星形成の増強はなく、剥がれのダイナミクスも遅いことが示された。

ABSTRACT

Numerous examples of ram pressure stripping in galaxy clusters are present in literature; however, substantially less work has been focused on ram pressure stripping in lower mass groups. In this work we use the LOFAR Two-metre Sky Survey (LoTSS) to search for jellyfish galaxies in ~500 SDSS groups (z<0.05), making this the most comprehensive search for ram pressure stripping in groups to date. We identify 60 jellyfish galaxies in groups with extended, asymmetric radio continuum tails, which are found across the entire range of group mass from $10^{12.5} < M_\mathrm{group} < 10^{14}\,h^{-1}\,\mathrm{M_\odot}$. We compare the group jellyfish galaxies identified in this work with the LoTSS jellyfish galaxies in clusters presented in Roberts et al. (2021), allowing us to compare the effects of ram pressure stripping across three decades in group/cluster mass. We find that jellyfish galaxies are most commonly found in clusters, with the frequency decreasing towards the lowest mass groups. Both the orientation of observed radio continuum tails, and the positions of group jellyfish galaxies in phase space, suggest that galaxies are stripped more slowly in groups relative to clusters. Finally, we find that the star formation rates of jellyfish galaxies in groups are consistent with `normal' star-forming group galaxies, which is in contrast to cluster jellyfish galaxies that have clearly enhanced star formation rates. On the whole, there is clear evidence for ongoing ram pressure stripping in galaxy groups (down to very low group masses), though the frequency of jellyfish galaxies and the strength of ram pressure stripping appears smaller in groups than clusters. Differences in the efficiency of ram pressure stripping in groups versus clusters likely contributes to the positive trend between quenched fraction and host halo mass observed in the local Universe.

研究の動機と目的

• 銀河群、すなわち局所宇宙で最も一般的な環境における衝撃波圧剥がれ（RPS）の広がりと効率を調査すること。
• 一様な電波連続スペクトル検出法を用いて、低質量の群（下位質量）と高質量のクラスタ（上位質量）におけるRPSを比較すること。
• クラスタと同様に、群におけるジェリーフィッシュ銀河が星形成を強化しているか、またはより速い剥がれを示しているかを特定すること。
• 群環境がクラスタへの降着前に銀河を前処理する役割を果たすかどうか、特にRPSを通じて果たす役割を評価すること。

提案手法

• 144 MHzで電波連続スペクトル尾の延長性と非対称性を示す宇宙線および相対論的電子の剥がれを示すLOFAR Two-metre Sky Survey（LoTSS）を用いて検出した。
• 銀河の運動とは反対方向に延びる尾の形状と整列を基準に、群内のジェリーフィッシュ銀河を選別し、衝撃波圧剥がれを確認した。
• 赤移 z < 0.05 のクラスタ内ジェリーフィッシュ銀河のR21bサンプルと照合し、ホール質量の3桁のスケールで直接比較を可能にした。
• 位相空間位置と尾の向きを分析し、剥がれのスケールと近点通過の歴史を推定した。
• SDSS画像からのHα輝度を用いて星形成率（SFR）を測定し、『通常』の星形成を示す群銀河と比較した。
• SDSSの銀河群カタログ（M_group は 10^12.5 から 10^14 h⁻¹ M⊙ の範囲）からの群質量推定値を用いて、RPS頻度の質量依存性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 群におけるジェリーフィッシュ銀河の頻度は、クラスタと比較して、群の質量範囲にわたってどの程度か？
• RQ2 尾の形状や運動学的性質から見た場合、群とクラスタにおける衝撃波圧剥がれの効率性にどのような差があるか？
• RQ3 クラスタのジェリーフィッシュ銀河と同様に、群におけるジェリーフィッシュ銀河は星形成率が高まっているか？
• RQ4 群のジェリーフィッシュ銀河がすでに近点を通過した証拠があるか。これは、クラスタ銀河と比較して剥がれが遅いことを示唆する。
• RQ5 群環境がクラスタへの吸収の前段階で銀河を前処理する程度はどの程度か？

主な発見

• ジェリーフィッシュ銀河の頻度はクラスタで最も高く、最低質量群（10^12.5 < M_group < 10^14 h⁻¹ M⊙）に向かって顕著に低下する。
• 群におけるジェリーフィッシュ銀河は、すでに近点を通過している可能性が高く、クラスタ銀河がまだ剥がれの過程にあり、群に比べて剥がれのスケールが遅いことを示唆している。
• クラスタとは異なり、群におけるジェリーフィッシュ銀河は系統的な星形成率の増加を示さず、『通常』の星形成を示す群銀河と同等の水準にとどまる。
• 群における電波尾の向きは、進行中のが、クラスタに比べて弱い衝撃波圧剥がれを示しており、クラスタと比較してイオン化媒体（ICM）密度が低いか、相対速度が小さい可能性を示唆している。
• 10^12.5 h⁻¹ M⊙という低質量でさえも、銀河群における衝撃波圧剥がれの明確な証拠があるが、クラスタに比べて効率性は低い。
• 群とクラスタにおける剥がれ効率の差が、局所宇宙における停止銀河割合とホール質量の正の相関を説明する要因である可能性が高い。