[論文レビュー] New CO observations and simulations of the NGC 4438/NGC 4435 system

B. Vollmer, J. Braine+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 11, 2005

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 2被引用数 13

ひとこと要約

本研究では、NGC 4438/NGC 4435系における新しいCO(1–0)観測と流体力学的シミュレーションを提示し、ラム圧ストリッピング—潮汐相互作用によって強化される—が、主に準平面外の分子ガス、二重ラインプロファイル、およびレドシフトされた放射を駆動していることを示している。シミュレーションは、NGC 4438が過去100 Myr間にヴァイゴ・クラスタ中心を最初の通過をしていることを確認しており、ラム圧ストリッピングが発生している。一方、北側の潮汐腕内の密度の高い分子雲は、自己重力とX線加熱のおかげで生存している。

ABSTRACT

NGC 4438 is a highly perturbed spiral with a stellar tidal tail and extraplanar molecular gas, now very HI deficient, crossing the center of the Virgo cluster at high speed. Various authors have attributed the perturbed appearance to the ram pressure of the intracluster medium, the tidal interaction with NGC 4435, and an ISM-ISM collision between the ISM of NGC 4438 and NGC 4435. We present new CO observations covering virtually all of NGC 4438 and the center of NGC 4435 and detailed simulations including all of the above effects. For the first time CO is detected in NGC 4435. In NGC 4438 we find double line profiles at distances up to 40" to the west and south-west and redshifted lines with respect to galactic rotation in the south of the center. The lack of gas to the North and East coupled with the large gaseous extent to the West and the redshifted and double line profiles can only be reproduced with a ram pressure wind. NGC 4438 is most probably on its first passage through the cluster center and has been stripped of its HI only over the past 100 Myr. While an ISM-ISM collision between NGC 4435 and NGC 4438 may occur, the effect is not significant compared to ram pressure and tidal forces, not surprising for the passage of an S0 galaxy 5-10 kpc from the center of NGC 4438. We also detect narrow CO lines, in the absence of detected HI, in the northern tidal arm some 15 kpc from the center of NGC 4438. This can be understood from the simulations assuming a few percent of the gas is too dense to experience the ram pressure wind. NGC 4438 has changed greatly over the past 100 Myr due to its plunge through the center of the Virgo cluster and the interaction with the S0 NGC 4435.

研究の動機と目的

• NGC 4438における準平面外の分子ガスおよび運動学的非対称性を駆動する支配的物理機構を解明すること。
• ラム圧ストリッピング、潮汐相互作用、およびISM-ISM衝突が、NGC 4438およびNGC 4435のISMをどのように形作っているかを特定すること。
• 北側の潮汐腕に存在する密度の高い分子雲が、自己重力とX線加熱のおかげでラム圧ストリッピングに耐えることができるかどうかを検証すること。
• 観測およびシミュレートされた運動学を用いて、NGC 4438がヴァイゴ・クラスタ中心を通過した時期と軌道パラメータを制約すること。

提案手法

• IRAM 30m電波望遠鏡を用いて、NGC 4438のほぼ全域およびNGC 4435の中心部をカバーする新しい12 CO(1–0)観測を実施した。
• 流体力学的シミュレーションを実行し、ラム圧、潮汐力、およびISM-ISM衝突の効果を含め、それぞれがガスの形態と運動学に与える寄与を分離した。
• 100 Myr前に5–10 kpcの衝突パラメータで逆行的接近があったと仮定し、テスト粒子コードを用いてNGC 4435との潮汐相互作用をモデル化した。
• X線観測と整合するICM密度約10⁻³ cm⁻³を仮定し、クラスタ通過中のガスストリッピングを模擬したラム圧力を組み込んだ。
• 自己重力、X線加熱、およびC IIおよびO I線による冷却を仮定して、潮汐腕内の密度の高い分子雲の安定性をモデル化した。
• シミュレートされたラインプロファイルおよびガス分布を観測されたCOおよびHαの運動学と比較し、物理的状況の妥当性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 4438の西部領域における準平面外CO放射および二重ラインプロファイルを最もよく説明する物理的機構は何か？
• RQ2 分子ガス分布の形作りにおいて、ラム圧ストリッピングが潮汐相互作用およびISM-ISM衝突を上回る程度はどの程度か？
• RQ3 密度の高い分子雲はラム圧ストリッピングに耐えることができるのか？ もしそうなら、どのような条件下でか？
• RQ4 NGC 4438がヴァイゴ・クラスタ中心を最初に通過した時期と軌道歴は何か？
• RQ5 HIが存在しないにもかかわらず、NGC 4438の中心から15 kpc離れた北側の潮汐腕にCOが検出される理由は何か？

主な発見

• NGC 4435において初のCO検出がなされ、その分子ガス含有量が確認された。
• 準平面外の分子ガスはNGC 4438中心から西に最大1.5′（約1.5 kpc）まで延びており、西および西南西方向に最大40″（約1.5 kpc）まで二重ラインプロファイルが観測された。
• 南側領域のラインは、銀河回転を基準にしても系統的にレドシフトしており、ラム圧ストリッピングの特徴である。
• 北東方向にCO放射が見られないことと、ガスが西方向に広がっていることの両方が、単なる潮汐力ではなくラム圧ウィンドによって最もよく再現された。
• 中心から15 kpc離れた北側の潮汐腕に存在する密度の高い分子雲は、自己重力とX線加熱のおかげでラム圧ストリッピングに耐え、全質量は約7×10⁷ M⊙であった。
• シミュレーションは、ラム圧ストリッピングが支配的メカニズムであることを示しており、潮汐相互作用がストリッピングを強化し、ISM-ISM衝突は衝突パラメータ（約5–10 kpc）が大きいため、ほとんど影響を及ぼさなかった。