[論文レビュー] The Fornax3D Survey -- A Magnitude-Limited Study of Galaxies in the Fornax Cluster with MUSE

M. Sarzi, E. Iodice+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 1

ひとこと要約

Fornax3D調査は、Fornax銀河団内の33個の明るい銀河に対して深さのある拡張型MUSE積分場分光法を用い、銀河進化に及ぼす環境的要因を調査する。この調査では、銀河団内に明確な部分構造が存在することを明らかにし、星族の勾配を制約し、IMFの傾きとハローの金属量を測定した。また、1,350個の惑星状星雲を同定し、19.86 ± 0.32 Mpcという高精度な距離を算出した。

ABSTRACT

The Fornax galaxy cluster is an ideal nearby laboratory in which to study the impact of dense environments on the evolution of galaxies. The Fornax3D survey offers extended and deep integral-field spectroscopic observations for the brightest 33 galaxies within of virial radius of the Fornax cluster, obtained with the MUSE integral-field spectrograph, mounted on Unit Telescope 4 (Yepun) of ESO's Very Large Telescope in Chile. The Fornax3D data allowed us to reconstruct the formation of early-type galaxies in the cluster and to explore the link with spiral galaxies. Results have been published in 19 refereed papers since 2018. In this paper we review the broad goals of this campaign, its main results and the potential for future studies combining the MUSE data with the abundant multi-wavelength data coverage for Fornax.

研究の動機と目的

• 近接でよく研究されている銀河団における環境的要因が銀河進化に与える影響を調査すること。
• 高分解能分光法を用いてFornax銀河団内の早期銀河（ETG）の運動学的性質と星族を特徴づけること。
• ETGのハローにおける星形成初期質量関数（IMF）の傾きと金属量勾配をマッピングすること。
• 球状星団や惑星状星雲などの未解像化された天体を同定・研究すること。
• MUSEデータと多波長補助データを統合したレガシーデータセットを天文コミュニティに提供すること。

提案手法

• Fornax銀河団の半径内にある33個の銀河に対して、VLTにおけるMUSEを用いた深さのある拡張型積分場分光法を実施した。
• ボーリング処理後、Bバンドの表面等級が25 mag arcsec⁻²の領域で信号対雑音比25を達成し、中心部では最小限のボーリングで100に達した。
• 軌道スーパポジション動力学的モデリングを適用し、ETGの形成歴史を再構築し、内部運動学的性質を解明した。
• MUSEデータと、ハッブル望遠鏡、VST、ALMA、MeerKAT、ヘーシェル、チャンドラ望遠鏡を含む多波長補助データを統合し、多段階的解析を実施した。
• 不完全性補正を施したPNLFフィッティングを用いて、21個のETGにわたる惑星状星雲の検出から距離を導出した。
• MUSEで得られた星形成率とALMAおよびATCAによるガス測定値を比較することで、チリュウトガス比とガス枯渇 timescale を測定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Fornax銀河団に見られる構造的・運動的サブ構造は何か。それらは銀河団の形成歴に何を示唆するか？
• RQ2 Fornax銀河団内の早期銀河において、星族の勾配とIMFの傾きはどのように変化するか。それらは銀河形成のメカニズムに何を明らかにするか？
• RQ3 RAM圧力やストレングセーションといった環境的プロセスが、Fornaxにおける晩期銀河の進化に果たす役割は何か？
• RQ4 固定された金属量において、Fornax銀河のチリュウトガス比と金属量は、フィールド銀河と比較してどう異なるか。これは、高密度環境における化学的進化に何を示唆するか？
• RQ5 MUSEデータで検出された惑星状星雲は、Fornax銀河団への距離測定に妥当な結果をもたらすか？

主な発見

• Fornax銀河団には3つの明確なサブ構造が存在する：NGC 1399が支配する中心コア、赤く、質量が大きく、金属量が豊富な南北方向のクラスター、および低質量分率が小さく、金属量勾配が穏やかな降着銀河群。
• NSクラスターの銀河は、降着銀河に比べて外側の金属量勾配が穏やかで、吸収された質量分率も低く、これは事前に存在していたグループの吸収によって形成された可能性を示唆している。
• 調査では21個の早期銀河にわたって合計1,350個の惑星状星雲が同定され、PNLF法を用いてFornax銀河団への距離が19.86 ± 0.32 Mpcという高精度に算出された。
• Fornax銀河のチリュウトガス比は、固定された金属量において、フィールド銀河よりも系統的に低いことが判明した。これは、より多くの金属がチリュウに閉じ込められていることを示し、高密度環境における化学的進化が変化している可能性を示唆している。
• ガス枯渇 timescale は銀河団中心に近づくにつれて短縮しており、主に分子ガス蓄えが乱れた矮星銀河に起因しており、高密度領域における環境的クエンチングが強化されていることを示唆している。
• Fornax3Dデータは、個々のMUSE露出の時間的解析を通じて、7つの新星の検出に成功した。これは、主たる科学的目的をはるかに超える予期せぬデータのレガシー価値を示している。