[논문 리뷰] A Virgo Environmental Survey Tracing Ionised Gas Emission (VESTIGE).V. Properties of the ionised gas filament of M87

A. Boselli, Matteo Fossati외 23명|Durham Research Online (Durham University)|2018. 10. 23.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 115인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 M87의 이온화된 가스 필라멘트를 깊은 밴드 Hα+[NII] 영상과 MUSE IFU 분광법을 사용하여 조사하며, 8 kpc 남동쪽과 3 kph 북서쪽으로 확장된 충격 이온화 필라멘트를 규명한다. 이 필라멘트는 1 kpc 이내 스케일에서 약 800 km s⁻¹의 속도 차이를 보이며, 활성은하핵(AGN) 제트에 의해 구동되는 확장하는 라디오 버블에 의한 충격 이온화로 기인한 것으로 데이터는 지지한다. 이는 뜨거운 환경의 냉각 불안정성 또는 최근의 물질 붕괴 사건에서 기인할 가능성이 있다.

ABSTRACT

We have observed the giant elliptical galaxy M87 during 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 Canada French Hawaii Telescope (CFHT). The deep narrow-band image confirmed the presence of a filament of ionised gas extending up to ~ 3 kpc in the north-western direction and ~ 8 kpc to the south-east, with a couple of plumes of ionised gas, the weakest of which, at ~ 18 kpc from the nucleus, was previously unknown. The analysis of deep optical images taken from the NGVS survey confirms that this gas filament is associated with dust seen in absorption which is now detected up to ~ 2.4 kpc from the nucleus. We have also analysed the physical and kinematical properties of the ionised gas filament using deep IFU MUSE data covering the central 4.8 x 4.8 kpc^2 of the galaxy. The spectroscopic data confirms a perturbed kinematics of the ionised gas, with differences in velocity of ~ 700-800 km s^-1 on scales of < 1 kpc. The analysis of 2D diagnostic diagrams and the observed relationship between the shock-sensitive [OI]/Halpha line ratio and the velocity dispersion of the gas suggest that the gas is shock-ionised.

연구 동기 및 목표

• 깊은 밴드 Hα + [NII] 영상과 IFU 분광법을 사용하여 M87의 이온화된 가스 필라멘트의 공간적 및 운동학적 성질을 규명하기 위해.
• 확장된 이온화된 가스 필라멘트의 이온화 메커니즘을 밝혀내기 위해 AGN에 의해 구동되는 충격과 냉각 불안정성 간의 차이를 구분하기 위해.
• 필라멘트가 최근의 물질 붕괴 사건에서 기인했는지 또는 뜨거운 환경 가스의 냉각에서 기인했는지 평가하기 위해.
• 가스 속도 분산과 충격 민감도가 있는 선비율 간의 관계를 조사하여 이온화 물리학을 제약하기 위해.

제안 방법

• M87 중심 4.8 × 4.8 kpc 영역 전역의 이온화된 가스 방출을 맵핑하기 위해 MegaCam/CFHT를 사용한 깊은 밴드 Hα + [NII] 영상.
• 중심 4.8 × 4.8 kpc 영역을 커버하는 고해상도 MUSE IFU 분광법을 사용하여 이온화된 가스 운동학과 속도 분산을 측정하기 위해.
• 2차원 진단 다이어그램(예: BPT 유사)을 사용하여 발광선 비율 기반으로 이온화 메커니즘을 분류하기 위해.
• 가스 속도 분산과 관련된 충격 진단으로서의 [OI]/Hα 선비율 분석을 통해 충격 활성화를 추론하기 위해.
• X선 및 라디오 데이터(Chandra, VLA)와의 교차 식별을 통해 이온화된 가스 구조가 뜨거운 X선 플라즈마와 라디오 버블과 어떻게 연결되는지 확인하기 위해.
• NGVS 광학 영상과의 비교를 통해 이온화된 가스 필라멘트와 관련된 먼지 흡수를 확인하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 M87의 중심 영역을 초월하여 이온화된 가스 필라멘트의 공간적 범위와 형태는 무엇인가요?
• RQ2 관측된 방출을 유도하는 주요 이온화 메커니즘은 무엇인가요? — AGN 제트에서 기인하는 충격인지, 아니면 뜨거운 환경의 냉각인가요?
• RQ3 이온화된 가스의 운동학적 성질, 특히 속도 차이가 필라멘트 전반에서 어떻게 변화합니까?
• RQ4 [OI]/Hα 선비율과 가스 속도 분산 사이에 상관관계가 존재하는가? 이는 충격 이온화를 뒷받침합니까?
• RQ5 이 필라멘트의 기원은 무엇인가요? 기름기 있는 은하의 최근 물질 붕괴인지, 아니면 뜨거운 환경 가스의 현지 냉각인가요?

주요 결과

• 이온화된 가스 필라멘트는 M87의 핵심에서 약 8 kpc 남동쪽과 약 3 kpc 북서쪽까지 확장되며, 기존에 알려지지 않은 저표면 밝기의 플룸이 약 18 kpc 동쪽에 존재한다.
• 필라멘트는 매우 교란된 속도장(field)을 보이며, 1 kpc 이내 스케일에서 시선 방향 속도 차이가 약 700–800 km s⁻¹로, 복잡하고 다성분의 기체 운동을 나타낸다.
• [OI]/Hα 선비율이 가스 속도 분산과 함께 증가하며, 이는 광이온화가 아니라 충격 이온화를 강력히 뒷받침한다.
• 이온화된 가스는 라디오 로브를 피하고 현재 제트와 반대 제트와 정렬되어 있어, 확장하는 라디오 버블과의 상호작용을 시사한다.
• 이 필라멘트의 총 이온화된 가스 질량은 수 ×10⁷ M⊙로 추정되며, 최근의 물질 붕괴 사건 또는 뜨거운 환경에서의 냉각과 일치한다.
• NGVS 영상에서 관측된 먼지 흡수 특징은 핵심에서 약 2.4 kpc까지 연장되며, 이온화된 가스 필라멘트와 겹쳐져 있어, 공통의 기원을 가진 포획된 또는 냉각된 가스 저류지와 관련이 있음을 지지한다.