[論文レビュー] The uneven sisters I, NGC 4388 - a strongly constrained ram pressure stripping event

B. Vollmer, C. Pappalardo+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 11, 2018

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 42被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、H I、Hα、FUV、偏光電波連続スペクトル、および深紫外光スペクトルを含む、NGC 4388の深紫外・多波長観測と3次元流体力学的シミュレーションを統合し、衝撃圧剥ぎ取りイベントの制約を試みた。その結果、銀河は約240 Myr前に、ディスク面に対して30°の風角でピーク衝撃圧を経験したことが判明した。現在の非対称性は、継続的剥ぎ取りによるものではなく、剥ぎ取り後のガス再沈殿によるものである。

ABSTRACT

Since the Virgo cluster is the closest galaxy cluster in the northern hemisphere, galaxy interactions can be observed in it with a kpc resolution. The spiral galaxy NGC 4388 underwent a ram pressure stripping event ~200 Myr ago caused by its highly eccentric orbit within the Virgo cluster. This galaxy fulfills all diagnostic criteria for having undergone active ram pressure stripping in the recent past: a strongly truncated HI and Halpha disk, an asymmetric ridge of polarized radio continuum emission, extended extraplanar gas toward the opposite side of the ridge of polarized radio continuum emission, and a recent (a few 100 Myr) quenching of the star formation activity in the outer, gas-free galactic disk. We made dynamical simulations of the ram pressure stripping event to investigate the influence of galactic structure on the observed properties of NGC 4388. The combination of a deep optical spectrum of the outer gas-free region of the galactic disk together with deep HI, Halpha, FUV, and polarized radio continuum data permits to constrain numerical simulations to derive the temporal ram pressure profile, the 3D velocity vector of the galaxy, and the time since peak ram pressure with a high level of confidence. From the simulations an angle between the ram pressure wind and the galactic disk of 30 degrees is derived. The galaxy underwent peak ram pressure ~240 Myr ago. The observed asymmetries in the disk of NGC 4388 are not caused by the present action of ram pressure, but by the resettling of gas that has been pushed out of the galactic disk during the ram pressure stripping event. For the detailed reproduction of multi-wavelength observations of a spiral galaxy that undergoes or underwent a ram pressure stripping event, galactic structure, i.e. spiral arms, has to be taken into account.

研究の動機と目的

• 多波長観測データを用いて、NGC 4388における最近の衝撃圧剥ぎ取りイベントのタイミング、幾何学的配置、および衝撃圧プロファイルを制約すること。
• 特にスパイラルアームの構造が、衝撃圧剥ぎ取り中の剥ぎ取りガスの形態および運動学的特徴に与える影響を調査すること。
• H I、Hα、FUV、偏光電波放射、および光学スペクトルからの観測的制約を数値的シミュレーションと一致させること。
• NGC 4388の3次元速度ベクトルおよびピーク衝撃圧からの経過時間について、高い信頼性で特定すること。
• 観測されたNGC 4388の非対称性が、継続的衝撃圧によるものか、それとも過去の出来事の残存効果によるものかを評価すること。

提案手法

• 異なる衝撃圧プロファイルおよび風角を想定した、NGC 4388の星間物質（ISM）の3次元流体力学的シミュレーションを実施する。
• 銀河の運動方向に対してスパイラルアームの向きを変化させ、ガス剥ぎ取りの形態に与える影響を評価する。
• 磁場の時間発展とシンクロtron放射を組み込み、偏光電波連続スペクトル放射をモデル化する。
• シミュレートされたH I、Hα、FUV、および偏光電波マップを、深紫外アーカイブ観測と比較し、最適なモデルを同定する。
• 外縁部のガスなしディスクの深紫外スペクトルに星団合成モデルを適用し、星形成停止以降の経過時間を制約する。
• 10種類のシミュレーション変種を体系的に比較し、観測制約を最もよく満たすモデルを同定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 4388におけるピーク衝撃圧からの経過時間は何か？また、外縁部ディスクにおける星形成停止時刻と一致するか？
• RQ2 NGC 4388の3次元速度ベクトルは、銀河団内物質（ICM）に対してどのように位置づけられるか？また、衝撃圧風と銀河ディスクの間の角度は何か？
• RQ3 スパイラルアームは、剥ぎ取りガスのH Iテールおよび偏光電波放射の形態および運動学的特徴に、どの程度の影響を及ぼすか？
• RQ4 H Iおよび電波連続スペクトル構造における観測された非対称性は、継続的衝撃圧によるものか、それとも剥ぎ取り後のガスの緩和によるものか？
• RQ5 観測されたH Iテールの長さおよび剥ぎ取り timescale を説明するには、熱伝導度をどの程度抑制する必要があるか？

主な発見

• ピーク衝撃圧は約240 Myr前に発生し、ピーク圧力は8.3 × 10⁻¹¹ dyn cm⁻²であった。
• 最適なシミュレーションに基づき、衝撃圧風と銀河ディスクの間の角度は30°に制限された。
• NGC 4388の3次元速度ベクトルは(0.11, -0.69, 0.72)であり、銀河団内物質（ICM）に対して約2200 km s⁻¹の全速度を示す。
• 外縁部のガスなしディスクにおける星形成停止からの経過時間は約200 Myrであり、ピーク衝撃圧からの経過時間よりもわずかに新しい。
• 傾きが75°の2つのシミュレーション（モデル9および10）のみが、H Iテールの延長、H I非対称性、および偏光電波リッジを含む大多数の観測的制約を再現した。
• 低密度のH Iテールが、約200 Myrの剥ぎ取り timescale を示すことは、熱伝導度が25〜50倍程度抑制されていることと整合的である。