[論文レビュー] VLT-VIMOS integral field spectroscopy of luminous and ultraluminous infrared galaxies II. Evidence for shock ionization caused by tidal forces in the extra-nuclear regions of interacting and merging LIRGs

A. Monreal‐Ibero, Santiago Arribas+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 22, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 83被引用数 69

ひとこと要約

本研究では、32個の明るいおよび超明るい赤外銀河（LIRG）の核外領域におけるイオン化機構を分析するために、VLT-VIMOSの積分場分光法を用いた。相互作用の段階とともに[ S ii]/Hαおよび[ O i]/Hαの線幅比とドップラー幅が増加する傾向が観測され、これは相互作用中に発生する潮汐力が衝撃イオン化を引き起こしていることを示しており、赤外線発光度や星形成率とは無関係である。

ABSTRACT

LIRGs are an important class of objects in the low-z universe bridging the gap between normal spirals and the strongly interacting and starbursting ULIRGs. Studies of their 2D physical properties are still lacking. We aim to understand the nature and origin of the ionization mechanisms operating in the extranuclear regions of LIRGs as a function of the interaction phase and L_IR by using IFS data obtained with VIMOS. Our analysis is based on over 25300 spectra of 32 LIRGs covering all types of morphologies and the entire 10^11-10^12 L_sun range. We found strong evidence for shock ionization, with a clear trend with the dynamical status of the system. Specifically, we quantified the variation with interaction phase of several line ratios indicative of the excitation degree. While the [NII]/Ha ratio does not show any significant change, the [SII]/Ha and [OI]/Ha ratios are higher for more advanced interaction stages. We constrained the main mechanisms causing the ionization in the extra-nuclear regions using diagnostic diagrams. Isolated systems are mainly consistent with ionization caused by young stars. Large fractions of the extra-nuclear regions in interacting pairs and more advanced mergers are consistent with ionization caused by shocks. This is supported by the relation between the excitation degree and the velocity dispersion of the ionized gas, which we interpret as evidence for shock ionization in interacting galaxies and advanced mergers but not in isolated galaxies. This relation does not show any dependence with L_IR. All this indicates that tidal forces play a key role in the origin of the ionizing shocks in the extra-nuclear regions. We also showed what appears to be a common [OI]/Ha-sigma relation for the extranuclear ionized gas in interacting (U)LIRGs. This needs to be investigated further with a larger sample of ULIRGs.

研究の動機と目的

• 異なる相互作用段階におけるLIRGの核外領域におけるイオン化機構の起源と性質を理解すること。
• これらの領域における星形成、AGN活動、あるいは潮汐力が、イオン化を支配しているかを特定すること。
• 衝撃や乱流といった力学的過程が、LIRGのイオン化構造に与える役割を評価すること。
• イオン化機構が赤外線発光度や相互作用段階と相関するかを調査すること。
• LIRGおよびULIRGの発光度範囲にわたり、衝撃駆動イオン化が普遍的であるかを検証すること。

提案手法

• 10^11–10^12 L⊙の赤外線発光度範囲を有する32個のLIRGに対して、非常に大型望遠鏡（VLT）のVIMOS装置を用いた光学的積分場分光法（IFS）データの取得。
• すべての相互作用段階（孤立状態、相互作用ペア、高度な合体）をカバーする25,300個を超える空間的に分解されたスペクトルの分析。
• 診断図（例：[S ii]/Hα 対 [N ii]/Hα、[O i]/Hα 対 [N ii]/Hα）を用いて、イオン化源（星形成、衝撃、AGN）を区別する。
• [S ii]λλ6717,6731/Hα、[O i]λ6300/Hα、[N ii]λ6584/Hαなどの線幅比を用いてイオン化駆動度を定量化する。
• イオン化ガスのドップラー幅（σ）を測定し、駆動度と相関させ、衝撃寄与度を推定する。
• 相互作用クラス（0：孤立、1：相互作用ペア、2：高度な合体）および発光度範囲ごとの結果を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異なる相互作用段階におけるLIRGの核外領域におけるイオン化機構の主因は何か？
• RQ2 イオン化駆動度は、相互作用段階およびドップラー幅とどのように変化するか？
• RQ3 LIRGでは、衝撃イオン化は潮汐力に起因するのか、それとも星形成に起因するスーパーウインドに起因するのか？
• RQ4 イオン化機構は赤外線発光度や星形成率と相関するか？
• RQ5 相互作用および合体中のLIRGおよびULIRGにおいて、[O i]/Hαとドップラー幅の間に普遍的な関係が存在するか？

主な発見

• [S ii]/Hαおよび[O i]/Hαの線幅比は、相互作用段階とともに顕著に増加しており、これは相互作用および合体系でより強い衝撃イオン化が生じていることを示している。
• 中央値ドップラー幅は、孤立系（クラス0）で37 km s⁻¹から、高度な合体系（クラス2）で51 km s⁻¹に上昇しており、通常のスパイラル銀河の典型的値を上回っている。
• 相互作用および合体中のLIRGでは、イオン化駆動度（[O i]/Hαおよび[S ii]/Hαで測定）とドップラー幅の間に明確な正の相関が存在し、これは衝撃駆動イオン化を支持する。
• 孤立系ではこの相関が認められないため、衝撃は非相互作用系では顕著でないことが示唆される。
• イオン化機構は赤外線発光度や星形成率とは無関係であり、星形成のフィードバックではなく、潮汐力が衝撃の主因であると考えられる。
• 予備的証拠として、LIRGおよびULIRGの間で共通のlog([O i]λ6300/Hα)–log(σ)関係が存在する可能性が示唆されており、相互作用系における普遍的な潮汐的衝撃起源を示している。