[논문 리뷰] Galaxy interactions in different environments: An analysis of galaxy pairs from the SDSS

Apashanka Das, Biswajit Pandey외 2명|arXiv (Cornell University)|2021. 08. 12.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 SDSS의 은하 쌍을 분석하여 상호작용과 환경이 함께 별 형성과 색깔에 미치는 영향을 조사한다. 주요 상호작용은 낮은 밀도 환경에서는 별 형성을 강화하지만 높은 밀도 지역에서는 억제하며, 경미한 상호작용은 환경과 관계없이 더 밝은 은하에서 항상 별 형성을 억제함을 발견한다. 이는 질량, 상호작용 유형, 그리고 은하계 망원경 환경 간의 복잡한 상호작용이 은하 이분화를 이끄는 데 기여함을 시사한다.

ABSTRACT

We analyze the galaxy pairs in a volume limited sample ($M_r \leq -21$) from the SDSS to study the effects of galaxy interactions on the star formation rate and colour of galaxies in different environments. We study the star formation rate and colour of the paired galaxies as a function of projected separation and compare the results with their control samples matched in stellar mass, redshift and local density. We find that the major interactions significantly enhance the star formation rate in paired galaxies and turn them bluer with decreasing pair separation within $30$ kpc. The impact of tidal interactions on star formation rate and colour are more significant in the heavier members of the major pairs. The star formation enhancement in major pairs is significantly higher at the low-density environments, where the influence can extend up to $\sim 100$ kpc. Contrarily, the major pairs at high-density environments show suppression in their star formation. Depending on the embedding environments, the major interactions in the intrinsically brighter galaxy pairs can thus enhance or quench star formation. We find that the minor pairs at both low-density and high-density environments are significantly less star-forming and redder than their control galaxies. It indicates that the minor interactions in intrinsically brighter galaxy pairs always suppress the star formation irrespective of their environment. The lighter members in these minor pairs show a greater susceptibility to suppressed star formation. Our results imply that both the major and minor interactions can contribute to the observed bimodality. We conclude that the galaxy evolution is determined by a complex interplay between the galaxy properties, galaxy interactions, and environment.

연구 동기 및 목표

• 다양한 은하계 환경에서 은하 상호작용이 별 형성과 색깔에 미치는 영향을 이해하기 위해.
• 상호작용 유형(주요 대비 경미)과 환경 밀도가 별 형성률(SFR)과 은하 색깔에 미치는 영향을 분리하여 분석하기 위해.
• tidal 상호작용이 은하 질량, 빛의 세기, 국소적 밀도에 따라 별 형성을 증가시키거나 억제할 수 있는지 조사하기 위해.
• 은하 상호작용이 관측된 은하 색깔과 SFR의 이분화를 이끄는 데 어떤 역할을 하는지 평가하기 위해.
• 체계적 편향을 최소화하기 위해 은하의 별질량, 적색편이, 국소적 밀도에서 매칭된 제어 샘플과 상호작용 은하를 비교하기 위해.

제안 방법

• SDSS에서 Mr ≤ -21인 부피 제한 샘플을 사용하여 완전성을 확보한다.
• 투영 거리와 속도 차이를 기반으로 은하 쌍을 식별하며, 30 kpc 이내의 쌍을 선택한다.
• 상호작용 효과를 분리하기 위해 별질량, 적색편이, 국소적 밀도에서 매칭된 제어 샘플을 구성한다.
• SFR과 색깔(g-r)을 투영 거리와 환경(낮은 밀도 대비 높은 밀도)의 함수로 분석한다.
• 질량 비율 ≤ 3인 경우를 주요 쌍, 질량 비율 > 3인 경우를 경미한 쌍으로 분류하여 상호작용 결과를 비교한다.
• 다양한 환경에서 쌍 은하와 제어군 간의 SFR 및 색깔 분포를 비교하기 위해 통계적 검정을 적용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은하 쌍의 별 형성률은 투영 거리에 따라 어떻게 변화하며, 이는 환경에 따라 어떻게 달라지는가?
• RQ2 낮은 밀도 대비 높은 밀도 환경에서 주요 상호작용이 은하 색깔과 SFR에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 내재적으로 더 밝은 쌍에서 경미한 상호작용은 별 형성에 어떤 영향을 미치며, 이는 환경 밀도에 따라 달라지는가?
• RQ4 상호작용 유도 효과가 관측된 은하 색깔과 SFR의 이분화에 어느 정도 기여하는가?
• RQ5 쌍의 더 무거운 멤버와 덜 무거운 멤버는 타이드 상호작용에 대해 어떻게 다른 반응을 보이는가?

주요 결과

• 주요 상호작용은 30 kpc 이내의 거리에서 별 형성률을 크게 증가시키고, 특히 더 무거운 멤버에서 은하를 더 파랗게 만든다.
• 낮은 밀도 환경에서는 주요 상호작용으로 인한 별 형성 증가가 약 ~100 kpc까지 연장되며, 장거리 중력 유도 영향을 시사한다.
• 높은 밀도 환경에서는 주요 상호작용이 별 형성률을 억제하며, 이는 환경 기반 억제 메커니즘이 지배함을 시사한다.
• 내재적으로 더 밝은 쌍에서 경미한 상호작용은 환경과 관계없이 항상 별 형성률을 억제하고 은하를 빨개지게 하며, 더 가벼운 멤버에서 더 큰 억제 효과를 보인다.
• 경미한 쌍의 더 무거운 멤버는 질량 기반 억제 또는 가스 제거를 통해 별 형성률을 억제할 수 있으며, 이는 낮은 질량의 동반자에 영향을 미친다.
• 상호작용 유형, 은하 질량, 환경의 병합 효과는 관측된 은하 색깔과 SFR의 이분화를 설명하며, 증가와 억제가 모두 핵심 역할을 한다.