[논문 리뷰] Atomic gas far away from the Virgo cluster core galaxy NGC 4388. A possible link to isolated star formation in the Virgo cluster?

B. Vollmer, W. K. Huchtmeier|ArXiv.org|2003. 04. 08.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 11인용 수 37

한 줄 요약

논문은 바이로 클러스터의 NGC 4388에서 남동부로 최소 20 kpc 떨어진 곳에서 6×10⁷ M⊙의 은하외 원자 수소(H I) 기체의 탐지 결과를 제시한다. 이 기체는 큰 Hα 플룸과 연결되어 있다. 램 압력 벗어남 모델을 사용하여 기체의 형상과 속도장을 설명하며, 밀도가 높은 기체 구름이 벗어난 후 붕괴되고 바람으로부터 분리되어 은하 디스크에서 멀리 떨어진 곳에서 고립된 별 형성에 의해 밀집된 H II 영역을 형성했다고 제안한다.

ABSTRACT

We have discovered 6 10^7 M_{\odot} of atomic gas at a projected distance greater than 4' (20 kpc) from the highly inclined Virgo spiral galaxy NGC 4388. This gas is most probably connected to the very extended Hαplume detected by Yoshida et al. (2002). Its mass makes a nuclear outflow and its radial velocity a minor merger as the origin of the atomic and ionized gas very unlikely. A numerical ram pressure simulation can account for the observed HI spectrum and the morphology of the Hαplume. An additional outflow mechanism is still needed to reproduce the velocity field of the inner Hαplume. The extraplanar compact HII region recently found by Gerhard et al. (2002) can be explained as a stripped gas cloud that collapsed and decoupled from the ram pressure wind due to its increased surface density. The star-forming cloud is now falling back onto the galaxy.

연구 동기 및 목표

• 바이로 클러스터의 NGC 4388에서 은하 디스크에서 멀리 떨어진 곳에서 확장된 Hα 및 H I 방출의 기원을 조사하기 위해.
• 관측된 은하외 기체 형상과 운동학을 설명하는 데 램 압력 벗어남, 소규모 충돌, 또는 핵 외출 중 어느 것이 적합한지 규명하기 위해.
• 생존하는 열악한 은하간 매질에서 벗어난 기체 구름에서 고립된 별 형성이 가능한지 평가하기 위해.
• 과거 NGC 4388의 코어 통과 시에 벗어난 기체의 역학적 진화를 모델링하기 위해.
• 은하 중심에서 17.5 kpc 떨어진 곳에 위치한 밀집된 H II 영역의 기원을 설명하기 위해. 이 영역은 약 3 Myr 전에 형성된 O형 별 집단을 포함한다.

제안 방법

• 은하 중심에서 하나와 NE, NW, SW, SE 방향으로 각각 한 빔(9.3′)만큼 이격된 다섯 위치에서 Effelsberg 100m 망원경을 사용해 21-cm H I 선 관측을 수행하였다.
• Effelsberg 빔 크기와 일치시키기 위해, VLA C-배열 H I 데이터(23′′×17′′ 해상도, 20 km/s 채널 간격)를 사용해 중심에서 벗어난 위치의 스펙트럼을 합성하였다.
• 관측된 H I 스펙트럼과 형상이 기준이 되는 수치적 램 압력 벗어남 시뮬레이션과 비교하였다. 이 시뮬레이션에는 은하 운동, ICM 밀도, 중력 포텐셜을 포함하였다.
• 기존의 코어 통과 시점 약 120 Myr 전, 속도 약 2000 km/s로 가정하고 기체 역학을 모델링하였다. ICM 밀도는 약 ~3×10⁻³ cm⁻³이며, 최대 램 압력은 5000 cm⁻³ (km/s)⁻²로 추정되었다.
• 내부 Hα 플룸에서 블루시프트된 속도장을 설명하기 위해 추가적인 외출 메커니즘을 통합하였다.
• 자기중력과 기체 구름 내부의 낮은 가열을 고려하여 증발과 열전도 모델을 사용해 기체 구름의 생존 시간 스케일을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC 4388 중심에서 >20 kpc 떨어진 곳에서 탐지된 확장된 H I 기체의 기원은 무엇인가요?
• RQ2 램 압력 벗어남만으로 H I 및 Hα 플룸의 형상과 운동학을 설명할 수 있는가요?
• RQ3 은하 중심에서 17.5 kpc 떨어진 곳에 위치한 밀집된 H II 영역이 존재하는 이유는 무엇이며, 이곳의 도플러 속도가 150 km/s임을 감안할 때 어떻게 설명할 수 있나요?
• RQ4 왜 기체 구름이 뜨거운 은하간 매질에서 오랫동안 생존하여 은하 중심에서 멀리 떨어진 곳에서 별 형성을 일으킬 수 있었나요?
• RQ5 밀도가 높은 기체 구름이 램 압력 바람에서 분리되어 고립된 별 형성을 가능하게 한 물리적 메커니즘은 무엇인가요?

주요 결과

• NGC 4388에서 남동부로 투영 거리가 >20 kpc인 곳에서 약 ~6×10⁷ M⊙의 H I 기체가 탐지되어 거대한 은하외 기체 구조의 존재를 확인한다.
• H I 형상과 속도장은 약 120 Myr 전에 약 2000 km/s로 코어 통과가 발생했음을 전제로 한 램 압력 벗어남 모델에 의해 잘 재현된다.
• 충돌 기간 동안 최대 램 압력은 5000 cm⁻³ (km/s)⁻²로 추정되었으며, ICM 밀도는 약 ~3×10⁻³ cm⁻³이며, 디스크 궤도 기울기는 45°로 추정되었다.
• 은하 중심에서 17.5 kpc 떨어진 밀집된 H II 영역은 높은 밀도의 자가중력 작용을 받는 H I 기체 구름이 붕괴하고 램 압력 바람에서 분리되어 다시 은하 쪽으로 떨어지게 되었다는 것으로 설명된다.
• 기체 구름의 생존은 포화된 증발과 낮은 내부 가열 덕분이었으며, 이로 인해 중성 상태를 오랫동안 유지해 별 형성에 충분한 시간을 확보하였다.
• 모델은 고립된 별 형성이 벗어난 기체 구름에서 발생할 수 있으며, 갈릴레오 테일의 구형별 집단 형성과 유사한 시나리오를 지지한다.