[論文レビュー] Stellar dynamics of blue compact galaxies. II. Further indications of a merger in ESO 338-IG04

Robert Cumming, Kambiz Fathi+6 more|ArXiv.org|Oct 24, 2007

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 46被引用数 15

ひとこと要約

本研究は、VLT/FORS2を用いた近赤外線Ca II三重線（849.8, 854.2, 866.2 nm）の長幅スリット分光法を用いて、青色コンpakト銀河ESO 338-IG04の星の運動学を調査した。星とイオン化ガスの速度は、Hαの速度場が混沌としているにもかかわらず、大部分で一致している。結果は、この銀河が力学的平衡にないことを示しており、現在の星形成バーストが合体由来であるという強力な証拠を示しており、コンパクトな星形成銀河では、発光線の速度場だけでは重力ポテンシャルを信頼性高く追跡できないことを示している。

ABSTRACT

Luminous blue compact galaxies, common at z~1 but now relatively rare, show disturbed kinematics in emission lines. As part of a programme to understand their formation and evolution, we have investigated the stellar dynamics of a number of nearby objects in this class. We obtained long-slit spectra with VLT/FORS2 in the spectral region covering the near-infrared calcium triplet. In this paper we focus on the well-known luminous blue compact galaxy ESO 338-IG04 (Tololo 1924-416). A previous investigation, using Fabry-Perot interferometry, showed that this galaxy has a chaotic H-alpha velocity field, indicating that either the galaxy is not in dynamical equilibrium or that H-alpha does not trace the gravitational potential due to feedback from star formation. Along the apparent major axis, the stellar and ionised gas velocities for the most part follow each other. The chaotic velocity field must therefore be a sign that the young stellar population in ESO 338-IG04 is not in dynamical equilibrium. The most likely explanation, which is also supported by its morphology, is that the galaxy has experienced a merger and that this has triggered the current starburst. Summarising the results of our programme so far, we note that emission-line velocity fields are not always reliable tracers of stellar motions, and go on to assess the implications for kinematic studies of similar galaxies at intermediate redshift.

研究の動機と目的

• 明るい青色コンパクト銀河（LBCGs）、特にESO 338-IG04において、星とイオン化ガスの運動学が同じ重力ポテンシャルを追跡するかどうかを特定すること。
• Hαなどの発光線速度場が、LBCGsにおける動的質量と重力ポテンシャルのトレーサーとして信頼できるかどうかを評価すること。
• LBCGsにおける運動学の乱れが、フィードバック由来、合体誘発の力学的状態、または非平衡状態によるものかどうかを調査すること。
• コンパクトな星形成銀河におけるガス-星運動学の分離が、高赤方偏移研究における発光線運動学の解釈に与える影響を評価すること。
• ESO 338-IG04で観測された速度場が、内部フィードバックのみではなく、合体によって引き誘発された星形成バーストに起因するものかどうかを特定すること。

提案手法

• ESO 338-IG04の長幅スリット分光法をVLT/FORS2で取得し、近赤外線Ca II三重線（849.8, 854.2, 866.2 nm）を用いて星の速度と速度分散を測定した。
• テンプレート星スペクトルとのクロス相関およびペナルティ付きピxlsフィッティング（pPXF）を適用し、Ca II三重線の吸収ラインから径方向速度と速度分散を導出した。
• 得られた星の速度場を、Fabry-Perot観測による既存のHα発光線速度場（Östlin et al. 2001）と比較し、運動学的整合性を評価した。
• 主軸に沿うガスと星の運動学的結合の空間的変動を分析し、分離または一貫性のある領域を特定した。
• Hα回転曲線からの動的質量推定値を、光度的星質量と比較して、質量不足と力学的平衡の有無を評価した。
• 形態的および運動学的証拠（混沌とした速度場、回転支持の欠如など）を用いて、合体の存在を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ESO 338-IG04における星とイオン化ガスの速度場は、同じ重力ポテンシャルを追跡しているか？
• RQ2 ESO 338-IG04における混沌としたHα速度場は、フィードバック由来か、合体に起因する力学的非平衡状態由来か？
• RQ3 コンパクトな星形成銀河において、発光線速度場が星の運動学の代理としてどの程度信頼できるか？
• RQ4 低回転、コンパクトな銀河（ESO 338-IG04など）において、速度分散が重力ポテンシャルをどの程度支えているか？
• RQ5 ESO 338-IG04の運動学的結果は、中程度の赤方偏移にある同様の銀河の解釈にどのように影響を与えるか？

主な発見

• ESO 338-IG04における星の速度場は、主軸に沿ってイオン化ガス（Hα）の速度場とよく一致しており、外縁部ではガスと星が運動学的に結合していることを示している。
• 外縁部での一致とは対照的に、中心部では一貫性のない回転を示さない混沌としたHα速度場が観測され、システムが力学的平衡にないことを示している。
• Hα速度場から推定される動的質量は、光度的星質量と整合せず、回転支持の欠如と非平衡状態を示唆している。
• 観測された運動学的不規則性は、フィードバックのみでは説明できない。星の速度場は依然として一貫しており、流出が唯一の原因ではないことを示している。
• 混沌としたガス運動学、回転支持の欠如、および形態的特徴の組み合わせが、ESO 338-IG04における現在の星形成バーストが合体由来であるという強力な証拠を示している。
• 本研究は、特に合体に影響を受ける系では、発光線速度場がコンパクトな星形成銀河における基礎的重力ポテンシャルの信頼できるトレーサーではないことを示している。