[논문 리뷰] Dynamics of Starbursting Dwarf Galaxies. III. A HI study of 18 nearby objects

Federico Lelli, Marc Verheijen외 1명|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|2014. 04. 24.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 114인용 수 61

한 줄 요약

이 연구는 새로운 및 기록된 전파 데이터를 활용하여 18개의 근접한 별폭발은 소형은하의 H I 운동학을 분석하며, 강한 최근 별 형성에도 불구하고 이 시스템들이 높은 비율의 바리온 및 가스를 유지하고 있음을 발견한다—즉, 가스가 크게 밖으로 쏴내지 않은 것으로 나타났다. 평균적으로 바리온은 총 질량의 최소 30%를 차지하며, 이는 별폭발 피드백이 중력 잠재적 에너지나 가스를 허브에서 밖으로 밀어내는 데에 크게 영향을 주지 않는다는 것을 시사한다.

ABSTRACT

We investigate the dynamics of starbursting dwarf galaxies, using both new and archival HI observations. We consider 18 nearby galaxies that have been resolved into single stars by HST observations, providing their star formation history and total stellar mass. We find that 9 objects have a regularly-rotating HI disk, 7 have a kinematically disturbed HI disk, and 2 show unsettled HI distributions. Two galaxies (NGC 5253 and UGC 6456) show a velocity gradient along the minor axis of the HI disk, that we interpret as strong radial motions. For galaxies with a regularly rotating disk we derive rotation curves, while for galaxies with a kinematically disturbed disk we estimate the rotation velocities in their outer parts. We derive baryonic fractions within about 3 optical scale lengths and find that, on average, baryons constitute at least 30$\%$ of the total mass. Despite the star formation having injected $\sim$10$^{56}$ ergs in the ISM in the last $\sim$500 Myr, these starbursting dwarfs have both baryonic and gas fractions similar to those of typical dwarf irregulars, suggesting that they did not eject a large amount of gas out of their potential wells.

연구 동기 및 목표

• 강한 별 형성을 겪는 소형은하의 역학적 반응, 특히 가스 유지 및 질량 예산에 관해 이해하기 위해.
• 강력한 별 형성 피드백이 가스를 크게 밀어내거나 바리온 및 다크 물질 분포를 변화시키는지 여부를 규명하기 위해.
• 이 시스템들 내에서 질량 분포와 바리온 분율을 제약하는 데 H I 운동학이 어떤 역할을 하는지 평가하기 위해.
• ΛCDM 모델에서 피드백에 의해 유도된 진화를 예측한 것과 관측된 H I 운동학 및 질량 분율을 비교하기 위해.
• 운동학 중심과 H I 형상 구조를 해결하여 디스크 안정성과 외부 영향의 가능성을 추론하기 위해.

제안 방법

• 18개의 근접한 별폭발은 소형은하에서 중성 가스 분포와 운동학을 맵핑하기 위해 신규 및 기존의 H I 21 cm 선 데이터를 확보하였다.
• H I 속도장, 위치-속도도 및 채널 맵을 사용하여 H I 운동학을 규칙적으로 회전하는, 교란된, 또는 안정되지 않은 것으로 분류하였다.
• H I 데이터에서 운동학 중심, 시스템적 속도, 위치각 및 기울기를 유도하기 위해 3차원 디스크 모델을 피팅하였다.
• 규칙적인 H I 디스크를 가진 은하의 회전곡선을 유도하고, 교란된 시스템의 외곽 회전 속도를 추정하였다.
• HST 데이터와 Salpeter IMF를 사용하여 분해능 있는 별 형성 역사를 사용하여 항성 질량을 유도하였으며, 가스 재순환 효율은 30%로 가정하였다.
• 은하의 성질이 나선은하와 유사하다고 가정하여 별 형성 효율 스케일링 관계를 사용해 분자 가스 질량을 추정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 강한 별 형성에도 불구하고 별폭발은 소형은하가 상당한 H I 가스를 유지하는가, 아니면 피드백이 가스를 효과적으로 밀어내는가?
• RQ2 ~3광학 스케일 길이 내에서 바리온 질량 분율은 얼마이며, 일반적인 소형 불규칙은하와 비교해보면 어떠한가?
• RQ3 H I 가스의 운동학(규칙적인 회전 대 교란)은 별 형성의 강도와 지속 시간과 어떻게 상관관계가 있는가?
• RQ4 H I 디스크 내에서 강한 축방향 운동이 있는가, 그리고 무엇이 이를 유도하는가?
• RQ5 특히 높은 별 형성률을 가진 시스템에서 관측된 회전곡선을 설명하기 위해 다크 물질이 얼마나 필요할까?

주요 결과

• 18개의 은하 중 9개는 규칙적으로 회전하는 H I 디스크를 보였고, 7개는 운동학적으로 교란된 H I 운동학을 보였으며, 2개는 안정되지 않은 H I 분포를 보였다.
• NGC 5253와 UGC 6456 두 은하에서, 보조축을 따라 속도 기울기가 관측되었으며, 이는 H I 디스크 내에서 강한 축방향 운동으로 해석된다.
• ~3광학 스케일 길이 내에서 평균 바리온 분율은 최소 30% 이상이었으며, 이는 바리온이 총 질량의 상당한 비율을 차지하고 있음을 시사한다.
• 최근 약 500 Myr 동안 별 형성으로 인해 ~10^56 erg의 에너지가 ISM에 주입되었음에도 불구하고, 바리온 및 가스 분율은 일반적인 소형 불규칙은하와 유사하게 유지되었다.
• 가스가 크게 감소하지 않은 것은 별폭발 피드백이 이 시스템에서 중력 잠재적 웰에서 가스를 효과적으로 밀어내지 못한다는 것을 시사한다.
• 결과적으로 이 소형은하에서 별폭발 피드백은 대규모 가스 손실이나 전체 질량 예산의 변화를 일으키기에 충분히 강력하지 않다.