[논문 리뷰] Evidence for Ultra-Diffuse Galaxy Formation Through Tidal Heating of Normal Dwarfs

Michael G. Jones, Paul Bennet외 6명|arXiv (Cornell University)|2021. 04. 26.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 172인용 수 33

한 줄 요약

이 연구는 허블 우주望遠鏡 이미징과 VLA H I 맵핑을 이용해 항성 흐름 근처에서 발견된 두 개의 초저밀도 은하(UDG), NGC 2708-Dw1과 NGC 5631-Dw1을 조사한다. 이들의 구형별단군 수는 일반적인 난쟁이은하와 일치하며, 주변 은하와의 명백한 H I 연결성이 없어, 타성 난쟁이은하 기원설을 강하게 배제하고, 기존의 일반 난쟁이은하가 타성에 의해 가열된 결과로 초저밀도 은하가 형성되었을 가능성이 높음을 시사한다.

ABSTRACT

We have followed up two ultra-diffuse galaxies (UDGs), detected adjacent to stellar streams, with Hubble Space Telescope (HST) imaging and HI mapping with the Jansky Very Large Array (VLA) in order to investigate the possibility that they might have a tidal origin. With the HST F814W and F555W images we measure the globular cluster (GC) counts for NGC 2708-Dw1 and NGC 5631-Dw1 as $2^{+1}_{-1}$ and $5^{+1}_{-2}$, respectively. NGC 2708-Dw1 is undetected in HI down to a 3$\sigma$ limit of $\log (M_\mathrm{HI}/\mathrm{M_\odot}) = 7.3$, and there is no apparent HI associated with the nearby stellar stream. There is a 2$\sigma$ HI feature coincident with NGC 5631-Dw1. However, this emission is blended with a large gaseous tail emanating from NGC 5631 and is not necessarily associated with the UDG. The presence of any GCs and the lack of clear HI connections between the UDGs and their parent galaxies strongly disfavor a tidal dwarf galaxy origin, but cannot entirely rule it out. The GC counts are consistent with those of normal dwarf galaxies, and the most probable formation mechanism is one where these UDGs were born as normal dwarfs and were later tidally stripped and heated. We also identify an over-luminous ($M_\mathrm{V} = -11.1$) GC candidate in NGC 2708-Dw1, which may be a nuclear star cluster transitioning to an ultra-compact dwarf as the surrounding dwarf galaxy gets stripped of stars.

연구 동기 및 목표

• 초기 항성 흐름과 연관된 초저밀도 은하(UDG)가 타성 난쟁이은하(TDG) 기원을 가졌는지 테스트하기 위해.
• 두 UDG의 구형별단군(GC) 인구를 평가하여 형성 역사를 분석하기 위해.
• UDG와 주변 은하 간의 H I 가스 연결성을 탐색하여 타성 기원 가설을 평가하기 위해.
• UDG가 사전 존재한 흩어진 시스템이었는지, 아니면 타성 상호작용를 통해 일반 난쟁이은하에서 변형된 것인지 평가하기 위해.
• 관측 제약 조건을 바탕으로 피드백, 스핀 파라미터, 또는 실패한 L* 은하 등의 경쟁적 형성 메커니즘을 평가하기 위해.

제안 방법

• NGC 2708-Dw1과 NGC 5631-Dw1의 구형별단군을 탐지하고 수를 세기 위해 고해상도 HST/WFC3 F814W 및 F555W 이미징을 확보하였다.
• 카를 고. 단스키 매우 큰 어레이(VLA)를 이용한 깊은 H I 맵핑을 수행하여 UDG와 주변 은하 또는 항성 흐름 간의 중성 가스 연관성을 탐색하였다.
• 점원소 광도 측정 및 통계적 불확실성 추정을 위해 DOLPHOT 소프트웨어를 사용하였다.
• NGC 2708-Dw1의 3σ H I 검출 한계를 log(MHI/M⊙) = 7.3로 측정하여, H I에서 검출되지 않았음을 나타내었다.
• NGC 5631-Dw1과 그 주변 은하 NGC 5631와의 H I 방출의 공간적 일치성을 분석하여, 가스가 물리적으로 연결되어 있는지 평가하였다.
• 관측된 GC 수와 H I 성질을 타성 난쟁이은하, 일반 난쟁이은하, 타성에 의해 가열된 시스템의 이론적 기대치와 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC 2708-Dw1과 NGC 5631-Dw1의 구형별단군 시스템은 타성 난쟁이은하 기원을 지지하는가? (이러한 시스템에서 예상되는 바이다.)
• RQ2 NGC 2708-Dw1 또는 NGC 5631-Dw1과 주변 은하 또는 주변 항성 흐름 간에 검출 가능한 H I 가스 연결성이 있는가?
• RQ3 이 UDG의 GC 수는 일반 난쟁이은하와 일치하는가, 아니면 실패한 L* 은하 또는 타성 난쟁이의 특징인 더 무거운 허브랄 홀로 인한 것인가?
• RQ4 H I 방출의 공간적 위치가 UDG와 그 주변 은하와의 관계에서 타성 기원을 지지하는가? 특히 타성 난쟁이은하는 일반적으로 타성 꼬리의 끝부분에 위치하기 때문이다.
• RQ5 GC 시스템과 H I 성질을 고려할 때, 이 UDG의 가장 타당한 형성 메커니즘은 무엇인가?

주요 결과

• NGC 2708-Dw1의 구형별단군 수는 2+1−1로, 유사한 빛의 강도를 가진 일반 난쟁이은하와 일치한다.
• NGC 5631-Dw1의 구형별단군 수는 5+1−2로, 일반 난쟁이은하의 GC 인구와도 일치한다.
• NGC 2708-Dw1는 H I에서 검출되지 않으며, 3σ 한계 log(MHI/M⊙) = 7.3 수준까지 검출되지 않았고, 근처 항성 흐름이나 주변 은하 NGC 2708와의 명백한 H I 연결성이 없다.
• NGC 5631-Dw1와 일치하는 2σ H I 특징이 존재하지만, 이는 NGC 5631의 큰 기체 꼬리와 겹쳐져 있어 UDG와 명백히 연결되지 않는다.
• 낮은 GC 수와 H I 연결성 부재는 둘 다 타성 난쟁이은하 기원 시나리오를 강하게 배제한다.
• 가장 타당한 형성 메커니즘은 기존의 일반 난쟁이은하가 타성에 의해 가열된 것으로, 그룹 환경에서의 타성 스트리핑 시뮬레이션과 일치한다.