[논문 리뷰] History and destiny of an emerging early-type galaxy: New IFU insights on the major-merger remnant NGC7252

John R. Weaver, B. Husemann외 8명|arXiv (Cornell University)|2018. 01. 29.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 135인용 수 14

한 줄 요약

이 연구는 약 10억 년 전 충돌 이후의 가까운 주요 병합 잔여물인 NGC 7252를 분석하기 위해 VLT-VIMOS IFU 분광법을 사용하여, 별과 함께 공전하는 중심 기체 디스크가 급속도로 재형성되었고, 지속적인 항성 형성(SFR = 2.2 ± 0.6 M☉ yr⁻¹)을 보이며, 극성 병합 구성을 시사하는 복잡한 은하계 운동학을 확인하였다. 타원형과 유사한 형태를 띠고 있음에도 불구하고, 이 은하의 파란색과 활발한 항성 형성은 30억 년 이상 지속되는 퇴화 과정을 암시한다.

ABSTRACT

NGC7252, which is one of the nearest major-merger galaxy remnants, is an ideal laboratory to study the processes inherent to the transformation of disc galaxies to ellipticals as observed about ~1Gyr after the collision. We obtained wide-field IFU spectroscopy with the VLT-VIMOS integral-field spectrograph covering the central 50"x50" of NGC7252 to map the stellar and ionised gas kinematics, and the distribution and conditions of the ionised gas, revealing the extent of ongoing star formation and recent star formation history. We find that the inner gas disc is not counter-rotating with respect to the stars and that the stellar kinematics appear complex with a clear indication of a prolate-like rotation component suggesting a polar merger configuration. The ongoing star formation rate is 2.2+-0.6 M_sun/yr and implies a typical depletion time of 2Gyr given the molecular gas content. Furthermore, the spatially-resolved star formation history suggests a slight radial dependence, moving outwards at later times. We confirm a large AGN-ionised gas cloud previously discovered 5kpc south of the nucleus, and find higher ionisation also at the galaxy centre relative to the surrounding gas disc. Although the higher ionisation towards the centre is potentially degenerate within the central star forming ring, it may be associated with a low-luminosity AGN. Although NGC7252 has been classified as post-starburst galaxy at the centre, the elliptical-like major-merger remnant still appears very active. A central kpc-scale gas disc has presumably re-formed quickly within the last 100Myr after final coalescence. The disc features ongoing star formation, implying Gyr long timescale to reach the red sequence through gas consumption alone. While NGC7252 is useful to probe the transformation from discs to ellipticals, it is not well-suited to study the transformation from blue to red at this point.

연구 동기 및 목표

• 주요 병합 잔여물인 NGC 7252의 운동학적 특성과 항성 형성 특성을 조사하여, 디스크 은하가 타원은하로 전환되는 과정을 이해하기 위함이다.
• 이전에 제기된 NGC 7252의 반대 방향 기체 디스크와 은하계 운동학에 대한 모순된 주장들을 해결하기 위함이다.
• 은하의 퇴화 과정으로의 진화에서 AGN 피드백과 기체 소모 시간 상수의 역할을 평가하기 위함이다.
• NGC 7252가 파란 별 형성 은하에서 빨간색 퇴화 은하로의 전이 단계를 대표하는지 여부를 판단하기 위함이다.

제안 방법

• NGC 7252 중심을 기준으로 50″ × 50″ 영역을 커버하는 넓은 시야의 통합장치 단위(IFU) 분광법을 VLT-VIMOS 기구를 통해 확보하였다.
• Hα 및 [O III]를 포함한 방출선 및 흡수선 프로파일을 사용하여 은하계 별과 이온화된 기체의 운동학을 매핑하였으며, 항성 형성률(SFR) 추정에 활용하였다.
• -dust 보정된 Hα 빛의 세기와 은하계 별 인구 합성 모델링을 통해 공간적으로 해상도가 높은 항성 형성 역사(SFH)를 유도하였다.
• 일정한 소모 시간 상수를 가정하여 중심 기체 질량과 SFR을 사용해 분자 기체 소모 시간을 측정하였다.
• [O III] 빛의 세기를 기반으로 블로메트릭 복사능을 추정하여 저광도 AGN 활동을 평가하였다.
• 특성적인 기하학적 구조(예: 극성 병합)를 추론하기 위해 은하계 운동학의 구형 유사 회전 성분을 분석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 이전 보고와 달리, NGC 7252의 중심 기체 디스크가 별과 반대 방향으로 공전하는가?
• RQ2 NGC 7252의 공간적으로 해상도가 높은 항성 형성 역사에서 반경 방향 의존성이 있는가?
• RQ3 중심 영역에서 현재의 항성 형성률과 분자 기체 소모 시간 상수는 얼마인가?
• RQ4 은하 중심에 저광도 AGN가 존재하는 증거가 있으며, 이는 이온화 조건에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 NGC 7252는 파란 별 형성 은하에서 빨간색 퇴화 은하로의 전이 단계를 대표하는가, 아니면 그 진화 단계에서 이질적인 존재인가?

주요 결과

• NGC 7252의 중심 기체 디스크는 반대 방향으로 공전하지 않으며, 오히려 별과 함께 공전함을 확인하여 이전의 보고와 정반대되는 결과를 도출하였다.
• 은하계 운동학 분석에서 기하학적 구조가 비슷한 운동성분(오블라트 및 프로라트 유사)이 동시에 존재함을 확인하여, 극성 병합 또는 각운동량이 기울어진 궤도를 가진 복잡한 운동학적 구조를 시사한다.
• 중심 7 kpc 영역 내에서 지속적인 항성 형성률은 2.2 ± 0.6 M☉ yr⁻¹이며, 분자 기체 소모 시간은 약 2 Gyr로 추정된다.
• 항성 형성 역사 분석에서 약 10억 년 전까지도 활성도가 높게 유지됨을 확인하여, 첫 번째 충돌 이후의 복잡한 반경 방향 의존성 진화를 확인하였다.
• 핵심에서 약 5 kpc 남쪽에 고이온화 기체 구름이 확인되었으며, 중심부의 이온화도가 높아 저광도 AGN가 존재함을 시사하며, L_bol < 2.4 × 10⁴¹ erg s⁻¹로 추정된다.
• 비록 초기형 은하의 형태를 띠고 있음에도 불구하고, NGC 7252는 여전히 파란 클라우드에 속해 있으며, 기체 소모만으로는 퇴화에 도달하는 데 약 50억 년이 소요될 것으로 추정된다.