[논문 리뷰] Environmental effects in galaxies: Molecular Gas, Star Formation, and Activity

D. F. de Mello, Tommy Wiklind외 1명|ArXiv.org|2001. 10. 31.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 40인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 치밀한 군집 내와 필드 환경에서의 중간형 허블 타입 나선은하에 미치는 환경적 영향을 광학 및 밀리미터파 스펙트로스코피를 통해 조사한다. 밀도가 높은 환경에 있는 은하들은 유사한 항성 형성 효율에도 불구하고 낮은 분자 가스 함량, 높은 원자 가스 비율, 그리고 감소한 항성 형성 속도를 보이며, 이는 환경적 과정가 분자 가스 형성 억제 또는 시간에 따라 가스 고갈을 유도함으로써 항성 형성을 촉진하지는 않는다는 것을 시사한다.

ABSTRACT

In order to study whether there is any correlation between nuclear activities, gas content, and the environment where galaxies reside, we have obtained optical and millimetric spectra for a well-defined sample of intermediate Hubble type spirals in dense environments and in the field. We found that these spirals in dense environments have on average: less molecular gas per blue luminosity, higher atomic gas fraction, lower current star formation rate, and the same star formation efficiency as field galaxies. Although none of these results stand out as a single strong diagnostic, given their statistical significance, taken together they indicate a trend for diminished gas content and star formation activity in galaxies in high density environments. Our results suggest that galaxies in dense environments have either (i) consumed their molecular gas via star formation in the past or (ii) that dense environments leads to an inhibition of molecular gas from atomic phase. The similarities in star formation efficiency of the dense environments and field galaxies suggest that the physical processes controling the formation of stars from the molecular gas are local rather than global. We also found that star formation rate per blue luminosity increases linearly as the total amount of gas increases in LINERs. This result, based on a small sample, suggests that LINERs are powered by star formation rather than an AGN.

연구 동기 및 목표

• 중간 허블 타입 나선은하에서 은하 환경이 분자 가스 함량, 항성 형성 및 핵 활동에 미치는 영향을 규명하는 것.
• 치밀한 환경이 가스 고갈 또는 변환을 통해 항성 형성을 억제하거나 촉진하는지 테스트하는 것.
• 은하 군집 내 은하와 필드 내 은하 간 항성 형성 효율이 다를지 평가하는 것.
• 특히 항성 형성 또는 AGN에 의해 구동되는지 여부를 고려하여 치밀한 환경 내 LINER의 성격을 조사하는 것.

제안 방법

• 칠레에 있는 ESO 1.52m 망원경과 SEST 15m 밀리미터파 망원경을 사용하여 광학 및 밀리미터파(CO) 스펙트럼을 확보하였다.
• 파란 빛의 등급 빛도(L_B), CO(1-0) 선 방출을 통해 유도된 분자 가스 질량(M_H2), 21cm 선 관측을 통해 유도된 HI 질량(M_HI)을 측정하였다.
• 원추적 적외선 빛도(L_FIR)를 기반으로 항성 형성 속도(SFR)를 계산하였으며, L_FIR ∝ SFR이라는 가정을 하였다.
• 항성 형성 효율(SFE)을 L_FIR / M_H2 및 L_FIR / (M_HI + M_H2)로 계산하여 가스에서 항성 형성으로의 전환 효율을 평가하였다.
• 누적 분포 함수와 통계적 검정을 사용하여 치밀도가 높은 샘플(HDS)과 대조 샘플(CS) 간의 비교를 수행하였다.
• 핵 활동(예: LINER, 세이퍼트 등)에 따라 은하를 분류하고, 각 유형 간의 가스 및 빛도 특성을 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 치밀한 환경에 있는 은하가 필드 은하보다 분자 가스 함량이 낮은가?
• RQ2 치밀한 환경 내 은하와 필드 내 은하 간 항성 형성 효율(SFE)이 다를까?
• RQ3 원자 가스(HI)는 치밀한 군집 내 은하의 항성 형성 특성을 어떻게 규정하는가?
• RQ4 치밀한 환경 내 LINER은 AGN가 아닌 항성 형성에 의해 구동될 가능성이 더 높은가?
• RQ5 환경 밀도가 원자 가스에서 분자 가스 형성을 억제하는가, 아니면 과거의 강한 항성 형성으로 인한 가스 고갈 때문인가?

주요 결과

• 치밀한 환경 내 은하(HDS)는 평균적으로 필드 은하(CS)보다 블루 빛도 대비 분자 가스 질량(M_H2 / L_B)이 30–40% 낮다.
• HDS 은하의 원자 가스 비율(M_HI / M_H2)은 유의적으로 높으며, 중앙값 비율이 CS 은하보다 약 1.5배 높다.
• HDS 은하의 항성 형성 속도(L_FIR / L_B)는 CS 은하보다 약 30–50% 낮아 현재의 항성 형성 활동이 감소한 것으로 나타났다.
• 항성 형성 효율(SFE = L_FIR / M_H2)은 HDS와 CS 은하 간 통계적으로 유의미한 차이가 없어, 분자 가스에서 항성 형성은 국소적 과정에 의해 지배된다는 것을 시사한다.
• 샘플 내 LINER은 L_FIR와 분자 가스 질량 간 강한 선형 상관관계를 보이며, 낮은-dust 온도와 낮은 SFE를 나타내어, AGN 활동이 아닌 노령화된 항성 폭발에 기인한 것으로 일관된다.
• M_HI / M_H2의 누적 분포는 HDS와 CS 간에 유의미하게 다름을 보였으며, HDS는 더 높은 비율을 보였지만 샘플의 형태학적 이질성으로 인해 제한이 있다.