[論文レビュー] LoTSS jellyfish galaxies. III. The first identification of jellyfish galaxies in the Perseus cluster

Ian Roberts, R. J. van Weeren+5 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 107被引用数 36

ひとこと要約

本研究では、LOFARの144 MHz電波連続分光観測を用いて、ペルセウス銀河団におけるクラゲ星団の初回同定を報告する。一方向の電波尾と、衝突圧剥ぎ取りに一致する光学的形状が確認された。主な発見は、星形成が前方側で強化されており、ディスク部ではスペクトル指数が平坦で、剥ぎ取られた尾では急勾配であることで、環境由来の抑制と星形成が駆動する複雑な電波放射プロセスが示唆される。

ABSTRACT

In this paper we report the first identification of jellyfish galaxies in the Perseus cluster (Abell 426). We identified four jellyfish galaxies (LEDA 2191078, MCG +07-07-070, UGC 2654, UGC 2665) within the central 2° ×2° (2.6 Mpc × 2.6 Mpc) of Perseus based on the presence of one-sided radio continuum tails that were detected at 144 MHz by the LOw Frequency ARray (LOFAR). The observed radio tails, as well as the orientation of morphological features in the rest-frame optical, are consistent with these four galaxies being impacted by ram pressure stripping as they orbit through the Perseus intracluster medium. By combining the LOFAR imaging at 144 MHz with 344 MHz imaging from the Karl G. Jansky Very Large Array, we derived spectral indices for the disks and the stripped tails of these jellyfish galaxies. We show that the spectral indices over the galaxy disks are quite flat, while the indices of the stripped tails are substantially steeper. We also identified a number of compact Hα + [NII] sources with narrowband imaging from the Isaac Newton Telescope. These sources are brighter along the leading side of the galaxy (i.e., opposite to the direction of the stripped tail), which is consistent with ram pressure induced star formation. Lastly, consistent with previous works in other clusters, we find that these jellyfish galaxies show enhanced radio luminosities for their observed star formation rates. Given the small distance to the Perseus cluster (D ∼ 70 Mpc, 1″ ≃ 340 pc), these galaxies are excellent candidates for multiwavelength follow-up observations to probe the impact of ram pressure stripping on galaxy star formation at subkiloparsec scales.

研究の動機と目的

• 低周波数電波連続分光観測を用いて、ペルセウス銀河団におけるクラゲ星団の同定を目的とする。
• 銀河団銀河における衝突圧剥ぎ取りが星形成および電波放射に与える影響を調査することを目的とする。
• 宇宙線電子の老化および磁場構造を調べるために、銀河ディスクおよび剥ぎ取られた尾を通じたスペクトル指数を測定することを目的とする。
• 衝突圧剥ぎ取りが引き起こす星形成を評価するために、コンパクトなHα + [NII]源の分析を目的とする。
• これらのクラゲ星団が、標準的な電波−星形成率関係に対して増強された電波縦放射度を示すかどうかを評価することを目的とする。

提案手法

• ペルセウス銀河団の2°×2°領域をカバーするLOFAR Two-metre Sky Survey (LoTSS) の144 MHz連続分光画像を用いた。
• LOFAR 144 MHzデータと、カール・G・ジャンスキー大規模電波望遠鏡からの344 MHz画像を組み合わせ、銀河ディスクおよび剥ぎ取られた尾を通じたスペクトル指数を導出する。
• アイザック・ニュートン望遠鏡を用いて、狭帯域Hα + [NII]画像を取得し、コンパクトな星形成領域を検出する。
• 銀河の形状および星形成活動を評価するために、静止フレーム光学画像および分光データを含む多波長解析を実施する。
• 電波放射領域におけるシンクロトロン老化と注入スペクトル指数を区別するために、スペクトル指数解析を実施する。
• 宇宙論的パラメータ（ΩM = 0.3, ΩΛ = 0.7, H0 = 70 km s⁻¹ Mpc⁻¹）およびNGC 1275を基準とした銀河団中心からの距離を用いて、空間的文脈を提供する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ペルセウス銀河団にクラゲ星団が存在するか。144 MHzにおける一方向の電波連続分光尾から同定可能か。
• RQ2 シミュレーションで予測されているように、衝突圧剥ぎ取りを受けている銀河の前方側に星形成が強化されている証拠はあるか。
• RQ3 スペクトル指数は、銀河ディスクと剥ぎ取られた尾の間でどのように変化するか。また、宇宙線電子の老化に関する情報は何か。
• RQ4 これらのクラゲ星団は、星形成率に対して過剰な電波縦放射度を示すか。その物理的起源は何か。
• RQ5 コンパクトなHα + [NII]源の空間的分布は、剥ぎ取られた尾の方向に対してどうなっており、衝突圧剥ぎ取りが引き起こす星形成を支持するか。

主な発見

• 144 MHz電波尾が一方向であることを特徴とする4つのクラゲ星団（LEDA 2191078, MCG +07-07-070, UGC 2654, UCG 2665）が、ペルセウス銀河団の中心2°×2°領域で同定された。
• コンパクトなHα + [NII]源は、剥ぎ取られた尾とは反対側の前方側で明るく、衝突圧剥ぎ取りが引き起こす星形成を示唆する。
• 銀河ディスク部のスペクトル指数は平坦であり、密度の高い星間物質におけるイオン化損失の影響が考えられる。一方、剥ぎ取られた尾部のスペクトル指数は急勾配で、シンクロトロン老化と整合的である。
• 剥ぎ取られた尾部のスペクトル指数は、星形成からの期待される注入指数および老化による中程度の勾配の増加と整合的であるが、精度は低い。
• 全体として、これらの銀河は標準的な低周波数電波縦放射度−星形成率関係に対して、増強された144 MHz縦放射度を示しており、他のクラゲ星団と同様に電波過剰を示していることが判明した。
• ペルセウス銀河団は距離約70 Mpcに位置し、サブ・キロパーセクスケールでの衝突圧剥ぎ取りの研究に適した高分解能・多波長フォローアップ観測の対象として好適である。