[논문 리뷰] Chemical abundances of the PRGs UGC7576 and UGC9796. I. Testing the formation scenario

Marilena Spavone, E. Iodice외 3명|Max Planck Digital Library|2011. 04. 11.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 61인용 수 10

한 줄 요약

이 연구는 극고리은하 UGC7576과 UGC9796의 HII 영역에서의 화학성분을 깊이 있는 장선 분광법을 통해 분석하여, 우주 필라멘트를 통한 냉각 가스 축적을 형성 메커니즘으로서 검증한다. 낮은 금속성(지수 Z ≈ 0.4 Z☉ 및 0.1 Z☉)과 금속성 기울기 없음을 발견하여, UGC7576의 경우 냉각 축적이 지배적임을 지지하고, UGC9796의 경우 조우 또는 냉각 축적을 포함한 혼합 메커니즘이 가능함을 시사한다.

ABSTRACT

The study of the chemical abundances of HII regions in polar ring galaxies and their implications for the evolutionary scenario of these systems has been a step forward both in tracing the formation history of the galaxy and giving hints on the mechanisms at work during the building of disk by cold accretion process. It's now important to establish whether such results are typical for the class of polar disk galaxies as whole. The present work aims at checking the cold accretion of gas through a "cosmic filament" as a possible scenario for the formation of the polar structures in UGC7576 and UGC9796. If these form by cold accretion, we expect the HII regions abundances and metallicities to be lower than those of same-luminosity spiral disks, with values of the order of Z ~ 1/10 Zsun, as predicted by cosmological simulations. We have used deep long-slit spectra, obtained with DOLORES@TNG in the optical wavelengths, of the brightest HII regions associated with the polar structures to derive their chemical abundances and star formation rate. We used the "Empirical methods", based on the intensities of easily observable lines, to derive the oxygen abundance 12+log(O/H) of both galaxies. Such values are compared with those typical for different morphological galaxy types of comparable luminosity. The average metallicity values for UGC7576 and UGC9796 are Z = 0.4 Zsun and Z = 0.1 Zsun respectively. Both values are lower than those measured for ordinary spirals of similar luminosity and UGC7576 presents no metallicity gradient along the polar structure. These data, toghether with other observed features, available for the two PRGs in previous works, are compared with the predictions of simulations of tidal accretion, cold accretion and merging, to disentangle between these scenarios.

연구 동기 및 목표

• UGC7576와 UGC9796의 극고리 구조 형성에 우주 필라멘트를 따라 가스가 냉각 축적되는지 여부를 검증하기 위해.
• 관측된 HII 영역의 낮은 금속성이 냉각 가스 축적에 대한 천문학적 시뮬레이션 예측과 일치하는지 평가하기 위해.
• 이들 극고리은하의 화학적 및 운동학적 성질을 조우 축적 및 병합 시나리오와 비교하기 위해.
• 환경적 맥락과 보조 은하의 존재가 형성 메커니즘 제약에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 관측된 금속성과 구조적 특성이 계층적 은하 형성 모델과 일치하는지 확인하기 위해.

제안 방법

• DOLORES@TNG를 사용하여 UGC7576와 UGC9796의 극고리 구조 내 가장 밝은 HII 영역에 대해 깊이 있는 장선 광학 분광법 데이터를 확보하였다.
• 관측 가능한 복사선 강도(예: Hα, [O III]λ5007)를 기반으로 한 경험적 방법을 적용하여 산소 농도 12+log(O/H)를 유도하였다.
• 유도된 산소 농도에서 금속성을(Z) 계산하고, 유사한 빛의 강도를 가진 나선파란 은하의 금속성과 비교하였다.
• VLA HI 영상 및 광학 영상에서 확보한 운동학적 및 형태학적 자료를 사용하여 궤도 구성과 잠재적 기여 은하를 평가하였다.
• 관측된 금속성과 구조적 특성이 냉각 축적 및 조우 상호작용의 유체역학적 시뮬레이션 예측과 일치하는지 평가하였다.
• 5× 은하 직경 이내의 환경 과밀도 및 보조 은하 분포를 분석하여 조우 축적의 가능성 평가를 수행하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 UGC7576와 UGC9796의 HII 영역에서 관측된 낮은 금속성이 우주 필라멘트에서 유래한 순수 가스의 냉각 축적과 일치하는가?
• RQ2 UGC7576의 극고리 구조를 따라 금속성 기울기가 없는 것은 조우 또는 병합 시나리오 대비 냉각 축적 기원을 지지하는가?
• RQ3 UGC9796의 높은 HI 질량과 낮은 금속성은 냉각 축적이 설명 가능할까, 아니면 보조 은하로부터의 조우 축적이 더 타당한가?
• RQ4 보조 은하와 그들의 HI 분포는 UGC9796의 극고리 형성 메커니즘 제약에 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 관측된 바리온 질량, 속도 분산 및 금속성 값은 디스크 형성에 대한 천문학적 시뮬레이션 예측과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• UGC7576의 평균 금속성은 Z = 0.4 Z☉로, 유사한 빛의 강도를 가진 일반적인 나선파란 은하보다 현저히 낮아 냉각 축적을 지지한다.
• UGC9796는 Z = 0.100 ± 0.001 Z☉의 금속성을 보이며, 나선파란 은하의 외부 디스크 영역에서 예상되는 범위 이하로, 매우 순수한 가스 축적을 시사한다.
• UGC7576는 극고리 구조를 따라 금속성 기울기가 없음을 보이며, 우주 필라멘트에서 균일하게 지속적으로 낮은 금속성 가스가 축적되고 있음을 일관되게 지지한다.
• UGC7576의 높은 바리온 질량(7.86 × 10⁹ M☉)과 넓은 HI 영역은 저절연성 은하의 조우 붕괴에 의한 형성과 일치하지 않는다.
• UGC9796의 환경에는 정렬된 HI 분포와 높은 가스 질량(~10⁹ M☉)을 가진 잠재적 기여 은하(MCG+07-31-049)가 존재하여 조우 축적이 가능한 메커니즘으로 지지된다.
• UGC7576의 낮은 금속성, 높은 가스 질량, 그리고 근처의 보조 은하 부재는 냉각 축적이 주요 형성 메커니즘임을 지지하며, UGC9796의 경우 조우 또는 냉각 축적을 포함한 하이브리드 시나리오가 가능하다.