[論文レビュー] The Mice at play in the CALIFA survey: A case study of a gas-rich major merger between first passage and coalescence

Vivienne Wild, F. F. Rosales-Ortega+44 more|arXiv (Cornell University)|May 30, 2014

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 131被引用数 26

ひとこと要約

本研究では、CALIFA調査におけるガス豊富なマジョルダーマージャーの詳細な観測的分析を提示し、初回通過から合体までの過程を追跡する。積分場分光法を用いて、強力な星形成、潮汐構造、および運動学的摂動を明らかにした。シミュレーションでは、約2.2 Gyr後に特異的星形成率 5×10⁻¹² yr⁻¹ の静穏な楕円銀河残骸が予測される。

ABSTRACT

We present optical integral field spectroscopy (IFS) observations of the Mice, a major merger between two massive (>10^11Msol) gas-rich spirals NGC4676A and B, observed between first passage and final coalescence. The spectra provide stellar and gas kinematics, ionised gas properties and stellar population diagnostics, over the full optical extent of both galaxies. The Mice provide a perfect case study highlighting the importance of IFS data for improving our understanding of local galaxies. The impact of first passage on the kinematics of the stars and gas has been significant, with strong bars likely induced in both galaxies. The barred spiral NGC4676B exhibits a strong twist in both its stellar and ionised gas disk. On the other hand, the impact of the merger on the stellar populations has been minimal thus far: star formation induced by the recent close passage has not contributed significantly to the global star formation rate or stellar mass of the galaxies. Both galaxies show bicones of high ionisation gas extending along their minor axes. In NGC4676A the high gas velocity dispersion and Seyfert-like line ratios at large scaleheight indicate a powerful outflow. Fast shocks extend to ~6.6kpc above the disk plane. The measured ram pressure and mass outflow rate (~8-20Msol/yr) are similar to superwinds from local ULIRGs, although NGC4676A has only a moderate infrared luminosity of 3x10^10Lsol. Energy beyond that provided by the mechanical energy of the starburst appears to be required to drive the outflow. We compare the observations to mock kinematic and stellar population maps from a merger simulation. The models show little enhancement in star formation during and following first passage, in agreement with the observations. We highlight areas where IFS data could help further constrain the models.

研究の動機と目的

• ガス豊富なマジョルダーマージャーが初期相互作用段階にある間の力学的および星形成の進化を調査すること。
• 合体系における潮汐構造および不規則なガスの形態的・運動学的特徴を特徴づけること。
• 流体力学的シミュレーションを用いて、合体後の残骸の進化をモデル化すること。
• 最終状態のマージャーを、質量および星形成率の観点から、局所銀河集団の統計と比較すること。
• ガス消費とフィードバックが、星形成爆発的銀河から静穏な楕円銀河に変容させる役割を評価すること。

提案手法

• CALIFA調査の積分場分光法（IFS）データを用いて、空間的に分解された運動学、星族、イオン化ガス放出をマップ化した。
• 画像分解技術を適用して、星とガス成分を分離し、D. ガドッティのモデル化による支援を受けていた。
• 約2.2 Gyrの合体後におけるマージャーの進化を予測するため、流体力学的N体シミュレーションを実施した。
• シミュレートされた残骸と局所の巨大銀河を比較するための主要診断指標として、特異的星形成率（SFR/M*）を用いた。
• 星形成およびダスト含量を検証するため、X線、UV、光学的光度測定の制約を統合した。
• ビームスミアリング補正およびPSFの非定義（Tiny TimおよびACS PSFモデルを用いて）を適用し、運動学マップの空間分解能を向上させた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ガス豊富なマジョルダーマージャーの初回通過および初期合体段階において、運動学的および形態的特徴はどのように進化するか？
• RQ2 相互作用系の現在の星形成率およびガス含量は何か？ そして、一般的な巨大銀河と比較するとどうなるか？
• RQ3 今後2.2 Gyrの間に、マージャー残骸の星形成および構造的性質はどのように進化するか？
• RQ4 シミュレートされた合体後状態が、局所宇宙における巨大楕円銀河の観測的性質とどの程度一致するか？
• RQ5 マージャーの最終段階において、衝撃波とフィードバックが星形成を抑制する役割を果たす程度はいかほどか？

主な発見

• 系は強い潮汐構造と不規則な運動学的特徴を示しており、ガス豊富なマジョルダーマージャーの最近の初回通過を示唆している。
• 現在の星形成率は上昇しており、全星質量は約1.8×10¹¹ M⊙に達しており、局所宇宙における最高質量銀河集団に属する。
• マージャー残骸は、約2.2 Gyr後に特異的星形成率 5×10⁻¹² yr⁻¹ の静穏な楕円銀河に進化すると予測され、局所の巨大銀河と整合的である。
• 星形成の減少は、流体力学的シミュレーションが予測するように、ガス消費によって自然に駆動される。
• この質量の銀河の数密度は数×10⁻⁴ Mpc⁻³程度と推定され、まれではあるが現実的な進化経路である。
• この系の性質は、Baldryら（2012）の銀河質量関数と整合的であり、進化したマージャー残骸としての分類を支持する。