[論文レビュー] The spatially resolved star formation history of mergers: A comparative study of the LIRGs IC1623, NGC6090, NGC2623, and Mice

C. Cortijo-Ferrero, R. M. González Delgado+9 more|White Rose Research Online (University of Leeds, The University of Sheffield, University of York)|Jul 17, 2017

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 83被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、CALIFAおよびPMASの積分場分光法データを用い、空間的に解像されたスペクトルフィッティングにより、4つの近接LIRG合体系（IC1623、NGC6090、NGC2623、Mice）の星形成歴（SFH）を30 Myr、300 Myr、1 Gyrの時間スケールで再構築した。初期段階の合体系では、最後の30 Myr間に空間的に広がった星形成強化（2–7倍）を示すが、NGC2623は高解像度シミュレーションと一致するように、1 Gyrにわたる中心部の強化を示す。一方、Miceは低ガス分率と同方向軌道のため、星形成が抑制されている。

ABSTRACT

This paper presents the spatially resolved star formation history (2D-SFH) of a small sample of four local mergers: the early-stage mergers IC1623, NGC6090, and the Mice, and the more advanced merger NGC2623, by analyzing IFS data from the CALIFA survey and PMAS in LArr mode. Full spectral fitting techniques are applied to the datacubes to obtain the spatially resolved mass growth histories, the time evolution of the star formation rate intensity ($Σ_{SFR}$), and the local specific star formation rate, over three different timescales (30 Myr, 300 Myr, and 1 Gyr). The results are compared with non-interacting Sbc--Sc galaxies, to quantify if there is an enhancement of the star formation and to trace its time scale and spatial extent. Our results for the three LIRGs (IC1623W, NGC6090, and NGC2623) show that a major phase of star formation is occurring in time scales of 10$^{7}$ yr to few 10$^{8}$ yr, with global SFR enhancements of $\sim$2--6 with respect to main-sequence star forming (MSSF) galaxies. In the two early-stage mergers IC1623W and NGC6090, which are between first pericenter passage and coalescence, the most remarkable increase of the SFR with respect to non-interacting spirals occurred in the last 30 Myr, and it is spatially extended, with enhancements of factors 2--7 both in the centres ($r $ 1 HLR). In the more advanced merger NGC 2623 an extended phase of star formation occurred on a longer time-scale of $\sim$1 Gyr, with a SFR enhancement of a factor $\sim$2--3 larger than the one in Sbc--Sc MSSF galaxies over the same period, probably relic of the first pericenter passage epoch. A SFR enhancement in the last 30 Myr is also present, but only in NGC2623 centre, by a factor 3. In general, the spatially resolved SFHs of the LIRG-mergers are consistent with the predictions from high spatial resolution simulations.

研究の動機と目的

• 空間的・時間的解像度をもった分光法を用いて、近接LIRG合体系における星形成の時間的・空間的進化を定量化すること。
• 合体系における星形成強化が空間的に広がっているか、中心に集中しているか、またそれがどの時間スケールで発生するかを特定すること。
• 高解像度流体力学的シミュレーションの予測と観測された星形成歴を比較すること。
• ガス含量と軌道パラメータが、合体系における星爆発の発火または抑制に果たす役割を調査すること。
• 多様な合体段階を含むサンプルに対して、空間的解像度をもったSFHと照らし合わせることで、現在の合体モデルの妥当性を評価すること。

提案手法

• IC1623、NGC6090、NGC2623、Miceの4つの近接合体系について、CALIFA調査およびPMASのLArrモードによるIFSデータを取得した。
• 156の年齢（1 Myr ～ 14 Gyr）と4つの金属量（0.2–1.6 Z☉）をカバーする単一星族モデル（Vazdekis et al. 2010；González Delgado et al. 2005）を組み合わせた、starlightコードを用いた完全なスペクトルフィッティングを実施した。
• pycassoパイプラインを用いてスペクトルフィッティング結果を処理し、半径および時間にわたるSFR（星形成率）、sSFR（単位質量あたり星形成率）、ΣSFR（SFR密度）の2次元マップを生成した。
• 30 Myr、300 Myr、1 Gyrの3つの時間スケールで空間的解像度をもったSFHを導出し、最近の活動と長期的な星形成活動の両方を分析可能にした。
• 合体領域のSFRおよびsSFRを、非相互作用的Sbc–Sc銀河と比較し、強化要因を定量化した。
• 質量に依存しないトレーサーとしてsSFRを用い、質量増加とは独立して合体誘発星形成の影響を分離した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 初期段階のLIRG合体系における星形成強化の空間的範囲と時間スケールは、非相互作用的スパイラル銀河と比べてどう異なるか？
• RQ2 進化段階が異なる合体系（初期段階 vs. 進行段階）におけるSFRおよびsSFRの時間的変化は、どのように異なるか？
• RQ3 観測された空間的解像度をもったSFHは、高解像度流体力学的シミュレーションの予測とどの程度一致するか？
• RQ4 Mice系は合体系であるにもかかわらず、なぜ星形成が抑制されているのか。そのガス含量と軌道パラメータは、この現象にどのように寄与しているか？
• RQ5 軌道幾何（例：同方向軌道）とガスの可用性は、合体誘発星爆発の強度と分布にどのような役割を果たすか？

主な発見

• 初期段階の合体系IC1623WおよびNGC6090では、最後の30 Myr間に最も顕著なSFR強化（2–7倍）が観測され、これは空間的に広がったもので、中心部（r < 0.5 HLR）および外縁ディスク（r > 1 HLR）に及んでいた。
• より進行した合体系NGC2623では、約1 Gyrにわたる星形成の持続的段階が観測され、制御スパイラル銀河と比較してSFRが約2–3倍に増加した。その後、最後の30 Myrに中心部にSFRの急増（3倍の強化）が見られた。
• IC1623、NGC6090、NGC2623の3つのLIRG合体系の空間的解像度をもったSFHは、高解像度シミュレーションと一致しており、初回近点通過後の空間的に広がった星爆発と、合体後の核部の爆発的星形成を示している。
• Mice系、特にMice Bでは、制御スパイラル銀河と比較して星形成が抑制されており、低ガス分率と同方向軌道配置が現在のモデルに挑戦している。
• 最後の30 MyrにおけるsSFR強化はIC1623Wで最大（2–7倍）であり、300 MyrスケールでもIC1623Wが最も強い強化を示しており、これは最近の激しい星形成バーストを示している。
• 1 Gyrの期間にわたって、質量増加が顕著に見られるのはNGC2623のみで、中心部で3倍、ディスク部で2倍の増加を示しており、長期間にわたる合体誘発星形成イベントであると示唆している。