[논문 리뷰] A Virgo Environmental Survey Tracing Ionised Gas Emission (VESTIGE).III. Star formation in the stripped gas of NGC 4254

A. Boselli, Matteo Fossati외 23명|arXiv (Cornell University)|2018. 03. 12.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 167인용 수 2

한 줄 요약

이 연구는 나선은하 NGC 4254의 탈중성 가스 꼬리에서 형성된 60개의 밀집, 동시성 H II 영역(70–500 pc)을 특정한다. 이들은 은하의 광학적 디스크에서 최대 20 kpc 떨어져 있으며, VESTIGE 조사의 깊은 Hα+[NII] 영상과 다중 파장 데이터를 통해, 이들 영역은 최대 100 Myr 이내에 한 번의 별 형성 폭발로 형성된 것으로 밝혀졌으며, 이는 램 압력 제거에 의해 이끌어지는 극한의 은하단 내 환경에서의 비연속적이고 밀집된 별 형성의 증거이다.

ABSTRACT

During pilot observations of the Virgo Environmental Survey Tracing Galaxy Evolution (VESTIGE), a blind narrow-band Halpha+[NII] imaging survey of the Virgo cluster carried out with MegaCam at the CFHT, we have observed the spiral galaxy NGC 4254 (M99). Deep Halpha+[NII] narrow-band and GALEX UV images revealed the presence of 60 compact (70-500 pc radius) star forming regions up to ~ 20 kpc outside the optical disc of the galaxy. These regions are located along a tail of HI gas stripped from the disc of the galaxy after a rapid gravitational encounter with another Virgo cluster member that simulations indicate occurred 280-750 Myr ago. We have combined the VESTIGE data with multifrequency data from the UV to the far-infrared to characterise the stellar populations of these regions and study the star formation process in an extreme environment such as the tails of stripped gas embedded in the hot intracluster medium. The colour, spectral energy distribution (SED), and linear size consistently indicate that these regions are coeval and have been formed after a single burst of star formation that occurred ~< 100 Myr ago. These regions might become free floating objects within the cluster potential well, and be the local analogues of compact sources produced after the interaction of gas-rich systems that occurred during the early formation of clusters.

연구 동기 및 목표

• 은하단 내 극한 환경, 특히 뜨거운 은하간 매질(ICM)에서의 별 형성 메커니즘을 탐구하기 위해, 은하단의 탈중성 간성매질(ISM) 내 별 형성 과정을 연구하는 것.
• NGC 4254의 광학적 디스크를 훨씬 떨어진 곳에 위치한 밀집 별 형성 영역의 별 집단과 물리적 성질을 특성화하는 것.
• 이들 영역이 동시성인지, 단일한 짧은 기간의 별 형성 폭발로 형성되었는지 확인하는 것.
• 이들 영역이 자유로운 항성계로 진화하거나, 구형별집단 및 초박성왜소은하(UCDs)와 같은 밀집 항성계의 조상이 될 수 있는지 평가하는 것.

제안 방법

• Canada-France-Hawaii Telescope(CFHT)의 MegaCam를 사용하여 VESTIGE 조사의 일환으로 깊은 밴드 Hα+[NII] 영상 촬영을 수행하였다.
• Hα 데이터를 GALEX 적외선, 광학 NGVS 및 기록된 HI 데이터와 융합하여 별 형성과 가스 형태를 추적하였다.
• 스펙트럼 에너지 분포(SED) 피팅 및 색상 분석을 통해 밀집 H II 영역의 별 집단 연령과 질량을 추정하였다.
• 자외선에서 적외선까지의 다중 파장 광도 측정을 통해-dust 함량, 별 형성률 및 항성 질량 함수를 제약하였다.
• 운동학적 및 역학적 분석을 수행하여 별 형성 영역의 안정성과 향후 진화 가능성을 평가하였다.
• 램 압력 제거 및 은하 간 상호작용의 유체역학 시뮬레이션 결과와 비교하여 형성 스케일과 환경을 해석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC 4254의 탈중성 가스 꼬리에서 관측된 밀집 별 형성 영역의 연령과 동시성은 무엇인가?
• RQ2 탈중성 가스 내 별 형성 과정은 일반적인 은하 디스크 내 별 형성과 어떻게 다를까? 특히 지속 기간과 공간적 밀집도 측면에서.
• RQ3 H II 영역의 기원은 무엇인가? 단일 폭발에 의한 것인지, 여러 차례의 별 형성 이벤트에 의한 것인가?
• RQ4 이 밀집 영역들이 구형별집단이나 초박성왜소은하(UCDs)와 같은 자유로운 항성계로 진화할 수 있는가?
• RQ5 탈중성 가스 내 어떤 물리적 조건이 뜨거운 은하간 매질(ICM)에 노출되어도 효율적인 별 형성을 가능하게 하는가?

주요 결과

• Hα+[NII] 발광에서 60개의 밀집 H II 영역(반지름 70–500 pc)이 식별되었으며, 이들은 NGC 4254의 광학적 디스크에서 최대 20 kpc 떨어져 있다.
• 이 영역의 별 집단은 동시성으로, SED 피팅과 색상 분석에서 일관된 결과를 보이며, 형성 시점이 최대 100 Myr 이내임을 확인하였다.
• 이 영역들은 약 280–750 Myr 전에 다른 은하단 구성원과의 중력적 만남으로 인해 은하에서 탈중성된 HI 가스 꼬리와 연관되어 있다.
• 이 영역 내 가스의 속도 분산은 낮아 중력 수축과 거대 분자구름 형성을 가능하게 하며, 뜨거운 ICM의 외부 가열로부터 보호할 수 있다.
• 이 영역들은 자유로운 항성계의 조상일 가능성이 높으며, 구형별집단, 산산이 흩어진 별집단(DSCs), 초박성왜소은하(UCDs)와 유사한 구조로 진화할 수 있으나, 현재의 항성 질량은 일반적인 UCD보다 낮다.
• 관측 결과는 은하단 환경에서 비연속적인 별 형성 모델을 지지하며, 폭발 지속 기간이 몇 백만 년 내로 매우 짧고, 탈중성 가스 내 밀집된 고밀도 덩어리에 국한된다는 것을 시사한다.