[논문 리뷰] Cold gas properties of the Herschel Reference Survey. III. Molecular gas stripping in cluster galaxies

A. Boselli, L. Cortese외 6명|arXiv (Cornell University)|2014. 02. 03.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 98인용 수 80

한 줄 요약

이 연구는 허셜 기준 조사에서 유래한 허비 은하단 내 나설후성은하에서 분자성 가스 부족 현상을 조사한다. 기체압력 스트립핑이 원자성 가스에 비해 분자성 가스를 덜 효율적으로 제거하는 이유는 분자성 가스가 더 중심에 집중되어 있기 때문이며, 이로 인해 H₂ 부족 현상이 발생하는 은하들이 은하 형성 억제를 통해 파란 직선에서 빨간 직선으로 진화한다.

ABSTRACT

The HRS is a complete volume-limited sample of nearby objects including Virgo cluster and isolated objects. Using a recent compilation of HI and CO data we study the effects of the cluster on the molecular gas content of spiral galaxies. We first identify M* as the scaling variable that traces the total H2 mass of galaxies better. We show that, on average, HI-deficient galaxies are significantly offset from the M(H2) vs. M* relation for HI-normal galaxies. We use the M(H2) vs. M* scaling relation to define the H2-deficiency parameter. This parameter shows a weak and scattered relation with the HI-def, here taken as a proxy for galaxy interactions with the cluster environment. We also show that, as for the HI, the extent of the H2 disc decreases with increasing HI-deficiency. These results show that cluster galaxies have, on average, a lower H2 content than similar objects in the field. The slope of the H2-def vs. HI-def relation is less than 1, while the D(HI)/D(i) vs. HI-def relation is steeper than the D(CO)/D(i) vs. HI-def relation, thereby indicating that the H2 gas is removed less efficiently than the HI. This result can be understood if the HI is distributed on a flat disc more extended than the stellar disc, thus less anchored to the gravitational potential well of the galaxy than the H2. There is a clear trend between the NUV-i colour and H2-def, which suggests that H2 removal quenches the activity of star formation. This causes galaxies migrate from the blue cloud to the green valley and, eventually, to the red sequence. The total gas-consumption timescale of gas deficient cluster galaxies is comparable to that of isolated systems, and is significantly larger than the typical timescale for total gas removal in a ram pressure stripping process, thus suggesting that ram pressure, rather than starvation, is the dominant process driving the evolution of these cluster galaxies.

연구 동기 및 목표

• 은하단 환경이 나선후성은하의 분자성 가스 함량에 미치는 영향을 조사한다.
• 균일한 샘플을 사용하여 은하단 은하와 필드 은하 간의 분자성 가스 부족 현상을 정량화한다.
• 은하단 은하의 가스 부족 현상이 기체압력 스트립핑인지, 분자성 가스 생성 감소인지 결정한다.
• 분자성 가스 제거가 은하의 은하 형성 억제와 파란 직선에서 빨간 직선으로의 전환에 미치는 역할을 평가한다.

제안 방법

• 허셜 기준 조사에서 나온 K-band로 선택된, 부피 제한된 근접 은하 샘플을 구성하였으며, 이는 허비 은하단과 고립된 필드 은하를 포함한다.
• 은하의 항성 질량-분자성 가스 질량 스케일링 관계를 사용하여, 주어진 항성 질량에 대한 관측된 및 예상되는 H₂ 질량 간의 로그 차이로 H₂ 부족 지표를 정의하였다.
• H₂ 부족 지표를 H i 부족 지표(환경적 요란의 지표로 사용) 및 디스크 스케일 길이와 같은 구조적 파am에어터와 상관 분석하였다.
• 17개의 CO 맵핑된 은하로 구성된 부분 샘플의 CO 및 H i 데이터를 분석하여 분자성 및 원자성 가스 디스크의 반경적 확장을 평가하였다.
• 유체역학적 시뮬레이션에서 유도된 기체압력 스트립핑 시간척(τ_RP)과 비교하여 가스 소비 시간척(τ_gas, τ_gas,R)을 추정하였다.
• NUV-i 색 지표를 특정 별 형성률의 지표로 사용하여 H₂ 부족 지표와 은하 형성 억제의 연관성을 연결하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은하단 은하의 분자성 가스 부족 현상은 기체압력 스트립핑 때문인지, 분자성 가스 생성 감소 때문인지?
• RQ2 은하단 환경에서 분자성 가스 제거 효율은 원자성 가스 제거 효율보다 어떻게 다른가?
• RQ3 H₂ 부족 지표와 은하단 은하의 가스 디스크 구조적 단절 사이의 관계는 무엇인가?
• RQ4 가스 소비 시간척과 기체압력 스트립핑 시간척은 은하단 은하의 진화에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ5 분자성 가스 부족 현상이 파란 직선에서 빨간 직선으로의 은하 이동에 얼마나 기여하는가?

주요 결과

• 허비 은하단의 H₂ 부족 은하들은 M(H₂) 대 M_star 관계에서 유의미하게 이격되어 있으며(4σ), 분자성 가스 함량의 체계적 부족 현상을 나타낸다.
• H₂ 부족 지표는 H i 부족 지표와 약한 산란 상관관계를 보이며, 환경이 양상태에 영향을 주지만 반응 방식이 다름을 시사한다.
• 분자성 가스 디스크의 반경(D(CO)/D(i))는 H i 부족 지표가 증가할수록 감소하며 기울기가 -0.36로, 바깥쪽에서부터의 스트립핑을 나타낸다.
• 원자성 가스 디스크의 반경(D(H i)/D(i))는 분자성 디스크보다 더 급격히 감소하며 기울기가 -0.50로, 원자성 가스가 더 효율적으로 제거됨을 나타낸다.
• 총 가스 소비 시간척(τ_gas,R ≈ 3.0–3.3 Gyr)은 기체압력 스트립핑 시간척(τ_RP ≈ 1.5 Gyr)보다 유의미하게 길며, 기체압력 스트립핑이 가스 제거의 주요 원인임을 시사한다.
• H₂ 부족 은하단 은하의 분자성 가스 소비 시간척은 τ_H₂ ≈ 1.2 Gyr, 총 가스 소비 시간척은 τ_gas ≈ 2.6 Gyr이며, 내부 소비보다는 가스 스트립핑에 의한 억제와 일치한다.