[논문 리뷰] Halpha3: an Halpha imaging survey of HI selected galaxies from ALFALFA. II. The star formation properties of galaxies in the Virgo cluster and surroundings

Giuseppe Gavazzi, Michele Fumagalli외 6명|arXiv (Cornell University)|2013. 03. 12.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 49

한 줄 요약

이 연구는 바이로 클러스터 및 그 주변의 ALFALFA에서 선별한 409개의 HI 선택 은하에 대한 Hα 영상 분석을 통해 환경이 항성 형성에 미치는 영향을 조사한다. 최근 항성 형성의 지표로 Hα를 사용하고 환경적 교란의 척도로 HI 부족도를 사용하여, 램 압력 스트리핑이 늦은 유형의 은하에서 바깥쪽에서부터 안쪽으로 점진적으로 항성 형성을 끄는 것으로 밝혀졌으며, 바이로 클러스터는 2 Gyr의 timescale 내에 가스를 제거하고 SFR를 억제한다. 이는 클러스터가 역학적으로 젊다는 데 일치한다.

ABSTRACT

We present the analysis of Halpha3, an Halpha imaging survey of 409 galaxies selected from the HI Arecibo ALFALFA Survey in the Local Supercluster, including the Virgo cluster. We explore the relations between the stellar mass, the HI mass and the current, massive SFR of nearby galaxies in the Virgo cluster and we compare them with those of isolated galaxies in the Local Supercluster, disentangling the role of the environment in shaping the star formation properties of galaxies at the present cosmological epoch. We investigate the relationships between atomic neutral gas and newly formed stars in different environments, across many morphological types, and over a wide range of stellar masses adopting an updated calibration of the HI deficiency parameter. Studying the mean properties of late-type galaxies in the Local Supercluster, we find that galaxies in increasing local galaxy density conditions (or decreasing projected angular separation from M87) show a significant decrease in the HI content and in the mean specific star formation rate, along with a progressive reddening of their stellar populations. The gradual quenching of the star formation occurs outside-in, consistently with the predictions of the ram pressure model. Once considered as a whole, the Virgo cluster is effective in removing neutral hydrogen from galaxies, and this perturbation is strong enough to appreciably reduce the SFR of its entire galaxy population. An estimate of the present infall rate of 300-400 galaxies per Gyr in the Virgo cluster is obtained from the number of existing HI-rich late-type systems, assuming 200-300 Myr as the time scale for HI ablation. If the infall process has been acting at constant rate this would imply that the Virgo cluster has formed approximately 2 Gyr ago, consistently with the idea that Virgo is in a young state of dynamical evolution.

연구 동기 및 목표

• 늦은 유형의 은하가 바이로 클러스터의 높은 밀도 환경이 항성 형성과 가스 함량에 미치는 영향를 이해하기 위해.
• 특히 램 압력이 HI 풍부한 은하의 항성 형성을 끄는 데 기여하는 환경적 과정의 역할을 정량화하기 위해.
• 가스 제거의 timescale과 함께, 현재 바이로 클러스터로의 은하 유입률을, 생존하는 HI 풍부한 시스템의 수와 함께 추정하기 위해.
• 현지 슈퍼클러스터의 고립된 은하들과 비교하여 클러스터 은하와 현장 은하 간의 항성 질량, HI 질량, 항성 형성률 간의 척도관계를 비교하기 위해.

제안 방법

• ALFALFA 조사에서 선별한 409개의 HI 선택 은하의 최근 항성 형성률(SFR)을 측정하기 위해 Hα 협대역 영상이 사용되었다.
• HI 부족도 파라미터(Def_HI)가 재교정되어 세 그룹으로 분류되었으며, 불편향된(Def_HI ≤ 0.3), 교란된(0.3 < Def_HI < 0.9), 심각하게 교란된(Def_HI ≥ 0.9)으로 나뉘었다.
• Sloan 디지털 천문도서관(SDSS)의 옵티컬 데이터를 Hα 측정치와 융합하여 항성 질량과 색을 유도하였다.
• 통계적 분석을 통해 바이로와 고립된 은하 간의 SFR, HI 질량, 항성 질량 관계를 비교하였다.
• 고정된 유입률을 가정할 때, 관측된 HI 풍부한 은하의 비율에서 HI 제거의 timescale을 추정하였다.
• 환경적 영향이 항성 질량 대비 가스 함량에 미치는 영향을 평가하기 위해 M_HI와 M_* 간의 기본 척도관계를 분석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 바이로 클러스터의 늦은 유형 은하의 항성 형성률(SFR)은 국지 슈퍼클러스터의 고립된 은하와 비교해 볼 때 Hα 복사로 어떻게 다를까?
• RQ2 바이로 클러스터 은하에서 HI 부족도 파라미터는 특정 항성 형성률과 항성 인구 연령과 어느 정도 상관관계가 있는가?
• RQ3 바이로 클러스터로 유입되는 은하의 가스 제거 timescale은 얼마이며, 이는 클러스터의 역학적 연령에 대해 어떤 의미를 갖는가?
• RQ4 클러스터 은하와 현장 은하 간의 항성 질량, HI 질량, SFR 간의 척도관계는 어떻게 다를까?
• RQ5 관측된 바이로 클러스터의 항성 형성 끄는 현상은 주로 램 압력 스트리핑이 주요 환경 메커니즘으로 일관하는가?

주요 결과

• 바이로 클러스터의 점점 더 높은 밀도 지역에 위치한 은하는 HI 함량과 특정 SFR가 유의미하게 감소하고 있으며, 환경 밀도가 증가함에 따라 항성 인구가 점차 더 짙어진다.
• 항성 형성의 끄는 현상은 바깥쪽에서부터 안쪽으로 진행되는 방사형 방식으로 발생하며, 램 압력 스트리핑 모델의 예측과 일치한다.
• 바이로 클러스터 전체가 중성 수소를 효과적으로 제거하여 환경적 영향으로 인해 전체 은하 집단의 SFR을 감소시킨다.
• 현재 바이로 클러스터로의 HI 풍부한 은하 유입률은 매 기가년당 약 300~400개로 추정되며, 이는 유입이 일정하다면 역학적 연령이 약 2 Gyr임을 시사한다.
• 바이로 클러스터에서의 HI 질량과 항성 질량 간의 척도관계는 고립된 은하에 비해 가스 비율 측면에서 크게 낮은 방향으로 이격되어 있으며, 강력한 환경적 끄는 효과를 나타낸다.
• 환경적 영향는 직접적으로 항성 형성을 끄는 것보다 가스를 제거하는 데 약 10배 더 효과적이며, 이는 가스 제거가 끄는 현상의 주요 원인임을 강조한다.