[論文レビュー] Stellar dynamics of blue compact galaxies: I. Decoupled star-gas kinematics in ESO 400-G43

Göran Östlin, Robert Cumming+6 more|ArXiv.org|Apr 5, 2004

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 22被引用数 12

ひとこと要約

本研究では、VLT/FORS2を用いた深紫外赤外分光法によるCa II三重線を用いて、初の青色コンpakト銀河ESO 400-G43の星の運動学を提示する。星とガスの間で運動学的分離が生じていることが判明した。星の回転曲線は剛体的回転を示すが、ガスの速度場には強い不安定性が見られ、星とガスが動的に独立していることが示唆され、フィードバックや合体誘発の力学的過程による可能性がある。

ABSTRACT

In this letter we present the first results from a program aimed at measuring the stellar kinematics of blue compact galaxies by observing the near-infrared Calcium triplet. We show the first results for ESO 400-G43 based on deep VLT/FORS2 spectroscopy. The instabilities found in the central gaseous velocity field are not seen in the solid body stellar rotation curve, indicating that stars and gas are kinematically decoupled in this galaxy. Even if this galaxy has a perturbed gaseous velocity field, the stellar velocity dispersion on average agrees well with that derived from the nebular lines.

研究の動機と目的

• 青色コンパクト銀河（BCG）の星の運動学を、赤外域Ca II三重線を用いて測定すること。特に、異常なガス運動学を示すBCGを対象とする。
• 特に星雲運動学が非平衡状態を示唆する系において、星と電離ガスの動的関係を調査すること。
• 星とガスの速度場が同じ重力ポテンシャルを追跡しているのか、それともフィードバックや合体プロセスによって分離しているのかを特定すること。
• 高赤方偏移銀河の質量推定において、星雲線幅がどれだけ信頼できる動的質量の代理変数であるかを、局所的アナログと比較することで評価すること。
• 特に低回転速度を示す系において、星の速度分散または回転が星質量を支えているかどうかを検証すること。

提案手法

• 赤外域に位置するCa II三重線（λλ8498, 8542, 8662）を標的とし、深紫外赤外分光法によるVLT/FORS2観測を実施し、星の運動学的解析を実施した。
• Ca II三重線を用いて、ESO 400-G43の中心領域における星の速度場と速度分散を導出した。
• 事前に行われたファブリ-ペロー観測によるHαガス運動学と照合した。
• 観測された運動学を再現するために、剛体的回転と30 km s⁻¹の径方向拡張を仮定した単純な動的モデルを適用した。
• 星の速度分散と回転曲線を用いて動的質量を推定し、深紫外画像からの光度質量推定と比較した。
• 傾斜角と位置角の不確実性を考慮し、異なる幾何的仮定（例：i = 40°–55°, PA = 20°–45°）をテストすることで、質量推定の妥当性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ESO 400-G43における星とガスの成分は運動学的に結合しているか、それとも独立した動的行動を示しているか？
• RQ2 星雲線幅の広がりが重力ポテンシャルの運動を反映している割合と、フィードバック駆動の噴出流に起因する割合は、それぞれどの程度か？
• RQ3 星の速度分散と回転曲線は、ESO 400-G43の光度質量推定を支えているか？
• RQ4 ガスと星の運動学の間に観測された乖離は、噴出流または合体誘発の不安定性の存在を示唆しているか？
• RQ5 高赤方偏移の星形成銀河において、星雲線幅を動的質量の代理としてどれだけ信頼できるか？

主な発見

• ESO 400-G43の星の回転曲線は、2 kpcまで剛体的回転を示し、回転振幅は40 km s⁻¹（i = 55°と仮定）であった。これは、円運動速度に著しい上昇または低下がないことを示し、円運動の安定性を示している。
• ガスのHα速度場には強い不安定性が認められ、1 kpcを超えると急激に低下している。これは、滑らかな星の回転曲線とは矛盾し、星とガスの間で運動学的分離が確認されたことを裏付けている。
• 星の速度分散は約40 km s⁻¹であり、星雲線幅（49 km s⁻¹）とよく一致しており、両者が類似した乱雑運動を示していると示唆している。
• 星の速度分散から推定された質量（5 × 10⁹ M☉）は、光度質量（12⁺¹⁶₋₄ × 10⁹ M☉）と同等であり、速度分散が重力的支えを果たしていることを示している。
• 傾斜角の不確実性（i ≈ 40°–55°）を考慮すると、星の質量推定値は1.9–2.3倍に増加し、光度質量とやや良好な一致を示した。これは、傾斜角が誤って推定された場合、真の質量が低く見積もられている可能性があることを示唆している。
• 剛体的星の回転（PA = 20°）と3 kpcまでの30 km s⁻¹の径方向噴出を組み合わせた二成分モデルは、観測された運動学を妥当に再現できるが、2次元星の速度場がなければモデルは十分に制約されない。