[논문 리뷰] Internal kinematics of spiral galaxies in distant clusters III. Velocity fields from FORS2/MXU spectroscopy

Elif Kutdemir, B. Ziegler외 9명|GoeScholar The Publication Server of the Georg-August-Universität Göttingen (Georg-August-Universität Göttingen)|2008. 06. 28.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 68인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 z ≈ 0.54인 MS 0451.6–0305 은하단에서 22개의 원거리 spiral 은하와 국지적 SINGS 샘플을 대상으로 FORS2/MXU를 이용한 3D 스펙트로스코피를 사용하여 전역 속도장을 맵핑하고, kinemetry를 적용하여 세 가지 매개변수인 σ_PA, Δφ, 및 k_{3,5}/k_1를 통해 운동학적 비정규성을 정량화한다. 결과적으로 은하단 내 은하와 필드 은하 간에 운동학적 비정규성에 유의미한 차이가 없음을 발견하여, 이 시점의 환경적 영향이 고립된 시스템에서 관측되는 것보다 더 강한 운동학적 왜곡을 유도하지는 않는다는 것을 시사한다.

ABSTRACT

(Abridged) We study the impact of cluster environment on the evolution of spiral galaxies by examining their structure and kinematics. Rather than two-dimensional rotation curves, we observe complete velocity fields by placing three adjacent and parallel FORS2 MXU slits on each object, yielding several emission and absorption lines. The gas velocity fields are reconstructed and decomposed into circular rotation and irregular motions using kinemetry. To quantify irregularities in the gas kinematics, we define three parameters: sigma_{PA} (standard deviation of the kinematic position angle), Delta phi (the average misalignment between kinematic and photometric position angles) and k_{3,5} (squared sum of the higher order Fourier terms). Using local, undistorted galaxies from SINGS, these can be used to establish the regularity of the gas velocity fields. Here we present the analysis of 22 distant galaxies in the MS0451.6-0305 field with 11 members at z=0.54. In this sample we find both field (4 out of 8) and cluster (3 out of 4) galaxies with velocity fields that are both irregular and asymmetric. We show that these fractions are underestimates of the actual number of galaxies with irregular velocity fields. The values of the (ir)regularity parameters for cluster galaxies are not very different from those of the field galaxies, implying that there are isolated field galaxies that are as distorted as the cluster members. None of the deviations in our small sample correlate with photometric/structural properties like luminosity or disk scale length in a significant way. Our 3D-spectroscopic method successfully maps the velocity field of distant galaxies, enabling the importance and efficiency of cluster specific interactions to be assessed quantitatively.

연구 동기 및 목표

• 약 50억 년의 볼드 타임에서 은하단 환경이 spiral 은하의 내부 운동학에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• z ≈ 0.54에서 은하단 특유의 상호작용이 고립된 필드 은하에 비해 spiral 은하의 운동학적 왜곡을 유의미하게 유도하는지 확인하기 위해.
• 3D 스펙트로스코피 기법을 개발하고 검증하여 전역 속도장을 맵핑하고 kinemetry를 사용하여 운동학적 규칙성을 정량화하기 위해.
• 저해상도 데이터에서 운동학적 비정규성 매개변수의 신뢰성과 광학적 구조적 특성과의 상관관계를 평가하기 위해.

제안 방법

• 각 은하당 세 개의 인접한 슬릿을 동시에 제공하는 FORS2/MXU를 이용한 3D 슬릿 스펙트로스코피를 적용하여 공간적 및 스펙트럼적 복수의 복사 영역를 확보하고 전역 속도장 맵핑을 실현하였다.
• harmonic 모드를 피팅하여 속도장을 원형 운동과 비원형 운동으로 분해하기 위해 kinemetry를 사용하였으며, 위치각, 이심률 및 푸리에 계수 등의 매개변수를 추출하였다.
• 세 가지 운동학적 비정규성 지표를 정의하였다: σ_PA (운동학적 위치각의 표준편차), Δφ (운동학적 위치각과 광학적 위치각 간의 불일치), 및 k_{3,5}/k_1 (고차항 푸리에 계수의 제곱합).
• 국지적 SINGS 은하를 사용하여 비정규성 기준을 校정하였으며, 규칙적인 운동학을 위한 임계값을 설정하였다: σ_PA ≤ 20°, Δφ ≤ 25°, 및 k_{3,5}/k_1 ≤ 0.15.
• 표면 광학 측정을 수행하고, 휴면 B-대역 등급, 비대칭성 지수, 농도 지수를 측정하여 운동학적 비정규성과의 상관관계를 검증하였다.
• 해상도 영향을 평가하기 위해 저해상도 데이터를 시뮬레이션하였으며, 저해상도 분석에서 비정규성 비율이 과소평가되며, 재샘플링된 데이터에서 매개변수의 혼동이 발생할 수 있음을 확인하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 z ≈ 0.54에서 고적색편이 은하단 MS 0451.6–0305 내 spiral 은하들이 고립된 필드 은하보다 더 많은 운동학적 비정규성을 보일까?
• RQ2 z ≈ 0.54에서 은하단 특유의 상호작용이 고립된 시스템에 비해 spiral 은하의 속도장을 어느 정도 왜곡하는가?
• RQ3 세 가지 운동학적 비정규성 매개변수(σ_PA, Δφ, k_{3,5}/k_1)는 먼 은하에서 정규적과 비정규적 기체 운동학을 신뢰성 있게 구분할 수 있는가?
• RQ4 공간 해상도와 데이터 샘플링은 먼 은하에서 운동학적 비정규성 매개변수 측정에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 광학적 구조적 특성(예: 등급, 척도 길이, 비대칭성 등)과 고적색편이 은하단 은하의 운동학적 비정규성 간에 유의미한 상관관계가 있는가?

주요 결과

• MS 0451.6–0305의 11개 은하단 구성원 중 4개(36%)가 최소 한 가지 비정규성 기준에 의해 비정규 기체 운동학을 보였으며, 이는 필드 샘플과 유의미한 차이가 없었다.
• 세 가지 비정규성 기준 중 어느 하나를 만족하는 경우 비정규성 비율이 58%에 이르며, 이는 양 환경에서 비정규성이 흔하다는 것을 시사한다.
• 은하단 은하와 필드 은하가 σ_PA, Δφ, 및 k_{3,5}/k_1 범위에서 유사한 분포를 보이며, 두 집단 간에 비정규성 수준에 통계적으로 유의미한 차이가 없음을 확인하였다.
• 저공간 해상도 데이터에서는 진정한 비정규 속도장 비율이 과소평가되며, 재샘플링된 데이터에서 매개변수의 혼동이 발생할 수 있음을 발견하였다.
• 강한 흡수선을 보이는 은하들 중 세 개(C5, C7, C9)는 항성 운동곡선과 기체 운동곡선 간의 불일치를 보였으며, 이는 특히 상호작용 또는 비대칭 시스템에서 비정규 운동학과 일치하였다.
• 운동학적 비정규성과 등급, 디스크 척도 길이, 농도 지수 등의 광학적 구조적 특성 간에 유의미한 상관관계는 발견되지 않았지만, 이는 표본 수가 제한되어 있을 수 있기 때문이다.