[論文レビュー] Mapping Luminous Blue Compact Galaxies with VIRUS-P: morphology, line ratios and kinematics

L. M. Cairós, N. Caon+5 more|Sep 3, 2012

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 70被引用数 14

ひとこと要約

本研究では、VIRUS-Pを用いた積分場分光法を用いて、5つの明るい青色コンpact銀河（BCG）の形態、運動学、チリ吸収、イオン化状態をマッピングした。複雑なイオン化ガス構造、顕著なチリ吸収（A_V ~1.0まで）、および多様な運動学的パターン（III Zw 102に見られる極軸リング系を含む）が明らかになった。これらは、低金属量星形成環境におけるフィードバックおよび構造的複雑性の役割を示している。

ABSTRACT

[abridged] We carry out an integral field spectroscopy (IFS) study of a sample of luminous BCGs, with the aim to probe the morphology, kinematics, dust extinction and excitation mechanisms of their warm interstellar medium (ISM). IFS data for five luminous BCGs were obtained using VIRUS-P, the prototype instrument for the Visible Integral Field Replicable Unit Spectrograph, attached to the 2.7m Harlan J. Smith Telescope at the McDonald Observatory. VIRUS-P consists of a square array of 247 optical fibers, which covers a 109"x109" field of view, with a spatial sampling of 4.2" and a 0.3 filling factor. We observed in the 3550-5850 Angstrom spectral range, with a resolution of 5 A FWHM. From these data we built two-dimensional maps of the continuum and the most prominent emission-lines ([OII]3727, Hgamma, Hbeta and [OIII]5007), and investigate the morphology of diagnostic emission-line ratios and the extinction patterns in the ISM as well as stellar and gas kinematics. Additionally, from integrated spectra we infer total line fluxes and luminosity-weighted extinction coefficients and gas-phase metallicities. All galaxies exhibit an overall regular morphology in the stellar continuum, while their warm ISM morphology is more complex: in II Zw 33 and Mrk 314, the star-forming regions are aligned along a chain-structure; Haro 1, NGC 4670 and III Zw 102 display several salient features, such as extended gaseous filaments and bubbles. A significant intrinsic absorption by dust is present in all galaxies, the most extreme case being III Zw 102. Our data reveal a manifold of kinematical patterns, from overall regular gas and stellar rotation to complex velocity fields produced by structurally and kinematically distinct components.

研究の動機と目的

• 明るい青色コンパクト銀河（BCG）における温かい銀河間媒体（ISM）の空間的分解形態、運動学、励起状態を調査すること。
• 高分解能分光法を用いて、BCG内の個々の領域におけるチリ吸収およびガス相金属量を定量すること。
• 低質量・低金属量系における星形成活動、フィードバックプロセス、銀河進化の関連を明らかにすること。
• 低金属量環境において金属量診断法（例：N2対比とP法）の信頼性を検証すること。
• BCGが、単純な進化モデルに挑戦するような、ディスクや極軸リングのような複数の運動学的独立成分を有しているかどうかを特定すること。

提案手法

• VIRUS-P（247本のファイバーを備えたファイバー駆動型IFU）を用いて積分場分光法（IFS）データを取得し、4''2の空間分解能で109''×109''の視野をカバーした。
• 3550–5850 Åの波長域を5 Å FWHMのスペクトル分解能で観測し、高SN比の線スペクトル検出を可能にした。
• 連続スペクトル、発光線（[O ii] λ3727、Hγ、Hβ、[O iii] λ5007）、吸収量（A_V）、励起比（[O iii]/Hβ）、ガスおよび星の運動学に関する2次元マップを生成した。
• スパクセルごとの星の連続スペクトルモデリングと差し引きを実施後、ガウスフィッティングを用いて発光線の線量および運動学的パラメータを測定した。
• 全スペクトルおよび核スペクトルの性質を導出し、全線量、光度加重平均A_V、複数のキャリブレーション法を用いたガス相金属量を算出した。
• P法とN2診断法による金属量値を比較し、低金属量領域における系統的差異を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 明るいBCGにおけるイオン化ガスおよび星の連続スペクトルの空間的形態は何か。それらはどのように相違するか？
• RQ2 BCGのISMにおけるチリ吸収はどのように変化するか。観測された最大値は何か？
• RQ3 ガスおよび星における運動学的パターンは何か。複数の力学的成分が存在する兆候はあるか？
• RQ4 イオン化励起比（[O iii]/Hβ）は星形成領域とどのように相関するか。イオン化源に関する何を明らかにするか？
• RQ5 極めて金属量が低いBCGにおいて、異なる金属量診断法（P法対比とN2）が一貫した結果をもたらす程度はどの程度か？

主な発見

• すべての銀河で、楕円形または円形の等高線を示す規則的な星の連続スペクトル形態を示す一方、イオン化ガスは、細線、気泡、穴など複雑な構造を示した。
• NGC 4670は中心部の北および西南方向に2つの大きなガス拡張部を示し、III Zw 102は対称的な突出部と北側の塊体を持つ顕著な極軸リング系を示した。
• すべての銀河で顕著なチリ吸収が認められ、A_Vは最大で約1.0に達し、特にIII Zw 102で最高値を示しており、顕著な内在的吸収を示唆している。
• II Zw 33とMrk 314では、[O iii]/Hβ比が1より大きく、星形成領域を示しているが、Haro 1とIII Zw 102では、中心部でHβが[O iii]よりも強く、外縁部で比が最大値を示した。
• 運動学的解析により多様な挙動が明らかになった：II Zw 33には回転運動が認められず、Haro 1では星とガスが共回転を示し、NGC 4670はS字型の等高線を示すバー構造を示し、Mrk 314は不規則な回転パターンを示し、南側で速度低下が観測された。
• III Zw 102には2つの運動学的に独立した構造が存在する：内側の共回転ディスクと、それと直交する極軸リングで、複雑な多成分構造が確認された。