[論文レビュー] Pinning down the ram-pressure-induced halt of star formation in the Virgo cluster spiral galaxy NGC 4388. A joint inversion of spectroscopic and photometric data

C. Pappalardo, A. Lançon+4 more|arXiv (Cornell University)|Feb 18, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 38被引用数 20

ひとこと要約

本研究では、VLT FORS2分光法と多波長画像測光法を組み合わせて、バービオ銀河団に位置するNGC 4388の星形成歴を再構築した。その結果、約190 ± 30 Myr前、ラム圧ストリッピングによって星形成が急速に停止したことが判明した。分光法と測光法のデータを非パラメトリックおよびパラメトリック手法を用いて併合して逆問題を解くことで、ストリッピングの年齢を高い精度で特定した。この結果は、再評価された動力学的モデルと、延長したHI尾の観測結果と整合的である。

ABSTRACT

In a galaxy cluster, the evolution of spiral galaxies depends on their cluster environment. Ram pressure due to the rapid motion of a spiral galaxy within the hot intracluster medium removes the galaxy's interstellar medium from the outer disk. Once the gas has left the disk, star formation stops. The passive evolution of the stellar populations should be detectable in optical spectroscopy and multi-wavelength photometry. The goal of our study is to recover the stripping age of the Virgo spiral galaxy NGC 4388, i.e. the time elapsed since the halt of star formation in the outer galactic disk using a combined analysis of optical spectra and photometry. We performed VLT FORS2 long-slit spectroscopy of the inner star-forming and outer gas-free disk of NGC 4388. We developed a non-parametric inversion tool that allows us to reconstruct the star formation history of a galaxy from spectroscopy and photometry. The tool was tested on a series of mock data using Monte Carlo simulations. The results from the non-parametric inversion were refined by applying a parametric inversion method. The star formation history of the unperturbed galactic disk is flat. The non-parametric method yields a rapid decline of star formation < 200 Myr ago in the outer disk. The parametric method is not able to distinguish between an instantaneous and a long-lasting star formation truncation. The time since the star formation has dropped by a factor of two from its pre-stripping value is 190 +- 30 Myr. We are able to give a precise stripping age that is consistent with revised dynamical models.

研究の動機と目的

• バービオ銀河団に位置するスパイラル銀河NGC 4388の外縁領域で星形成が停止してから経過した時間を特定すること。
• 分光法と測光法のデータを統合して星形成歴を回復する高精度な手法を開発・検証すること。
• 非パラメトリックおよびパラメトリックモデリング手法を用いて、星形成の遮断が即時のものか、緩やかなものかを検証すること。
• 導出されたストリッピング年齢を、延長したHI尾の観測結果と再評価された動力学的モデルと一致させること。

提案手法

• 光学分光法と多波長測光法を統合した星形成歴の再構築を目的とした非パラメトリック逆問題手法を開発し、χ²を最小化しながら物理的に不自然な振動を避けるためのペナルティ項を適用した。
• モンテカルロシミュレーションを用いたマocksデータセットを用いた検証により、信号対雑音比や初期推定値の設定に応じた安定性と頑健性を評価した。
• パラメトリック手法を用いて、星形成を特定の見かけ時間t以前は一定とし、その後急激に低下するモデルを適用し、金属量を太陽値に固定した。
• 異なる遮断時刻における合成スペクトルをNGC 4388の外縁領域の観測スペクトルと比較し、最良の一致を得るストリッピング年齢を選定した。
• 併合解析では、特に若年星形成領域（<10 Myr）における星形成群モデルの不確実性を考慮した。
• 非パラメトリック手法におけるペナルティスキームにより、急激な年齢変動が抑制されたため、即時的か緩やかかの区別にはパラメトリックモデリングの使用が不可欠であった。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ラム圧ストリッピングによってNGC 4388の外縁領域で星形成が停止してから経過した正確な時間は何か？
• RQ2 分光法と測光法の併合解析により、星形成の低下が即時のものか、緩やかなものかを解明できるか？
• RQ3 導出されたストリッピング年齢は、NGC 4388の延長HI尾の観測された広がりとどのように一致するか？
• RQ4 実際の観測雑音とモデル不確実性のもとで、非パラメトリック逆問題手法は安定的で信頼できるか？
• RQ5 導出されたストリッピング年齢は、バービオ銀河団内での銀河の軌道を再評価した動力学的モデルと整合するか？

主な発見

• NGC 4388の内縁領域の星形成歴は平坦であり、事前の遮断や環境的干渉の兆候は認められない。
• 非パラメトリック逆問題手法により、外縁領域の星形成活動が急激に低下していることが判明し、特に見かけ時間200 Myr以内に最大の低下が観測された。
• パラメトリック手法により、最良の一致を得るストリッピング年齢は190 ± 30 Myrであり、これは星形成がストリッピング前のレベルから半分に低下した時点を示している。
• 導出されたストリッピング年齢は、観測された延長HI尾（110 × 25 kpc）の広がりと整合的である。
• ラム圧のピークが約170 Myr前に発生したとされる再評価された動力学的モデルと、良好に一致しており、非常に高い整合性を示している。
• 本手法は、平坦な星形成歴と遮断された星形成歴を明確に区別でき、パラメトリックモデルにより遮断が急激なものであることが確認された。