[논문 리뷰] Jellyfish galaxies with the IllustrisTNG simulations -- No enhanced population-wide star formation according to TNG50

Junia Göller, Gandhali D Joshi외 3명|arXiv (Cornell University)|2023. 04. 18.

Plant and animal studiesAgricultural and Biological Sciences인용 수 3

한 줄 요약

고해상도 TNG50 천체역학 시뮬레이션을 활용해, 기립압 스트리핑을 겪고 있는 잼플리시은하의 별 형성에 대해 이 연구는 조사한다. 은하 본체와 분리된 꼬리에서 빈번한 별 형성이 이루어지지만, TNG50는 대조 샘플과 비교했을 때 인구 전체 수준의 별 형성률 증가가 없음을 발견한다. 이는 일부 관측에서 관측된 증가가 내재된 인구 수준의 영향이 아니라 선택 편향에서 기인할 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

Due to ram-pressure stripping, jellyfish galaxies are thought to lose large amounts, if not all, of their interstellar medium. Nevertheless, some, but not all, observations suggest that jellyfish galaxies exhibit enhanced star formation compared to control samples, even in their ram pressure-stripped tails. We use the TNG50 cosmological gravity+magnetohydrodynamical simulation, with an average spatial resolution of 50-200 pc in the star-forming regions of galaxies, to quantify the star formation activity and rates (SFRs) of more than 700 jellyfish galaxies at $z=0-1$ with stellar masses $10^{8.3-10.8}\,\mathrm{M}_\odot$ in hosts with mass $10^{10.5-14.3}\,\mathrm{M}_\odot$. We extract their global SFRs, the SFRs within their main stellar body vs. within the tails, and we follow the evolution of the star formation along their individual evolutionary tracks. We compare the findings for jellyfish galaxies to those of diversely-constructed control samples, including against satellite and field galaxies with matched redshift, stellar mass, gas fraction and host halo mass. According to TNG50, star formation and ram-pressure stripping can indeed occur simultaneously within any given galaxy, and frequently do so. Moreover, star formation can also take place within the ram pressure-stripped tails, even though the latter is typically subdominant. However, TNG50 does not predict elevated population-wide SFRs in jellyfish compared to analog satellite galaxies with the same stellar mass or gas fraction. Simulated jellyfish galaxies do undergo bursts of elevated star formation along their history but, at least according to TNG50, these do not translate into a population-wide enhancement at any given epoch.

연구 동기 및 목표

• 우주론적 시뮬레이션에서 잼플리시은하가 대조 샘플과 비교해 전반적인 별 형성률이 높은지 여부를 규명하는 것.
• 우주의 시간에 따라 기립압 스트리핑과 별 형성이 동시에 발생하는 개별 은하의 공존 여부를 조사하는 것.
• 분리된 꼬리에서의 별 형성이 전체 은하의 SFR에 기여하는 정도를 평가하는 것.
• 관측된 잼플리시은하 인구 전체 수준의 SFR 증가가 실제인지 선택 편향에 의한 것인지 평가하는 것.
• 환경적 영향을 분리하기 위해 은하의 항성 질량, 가스 분율, 주위 헬로 질량을 기준으로 잼플리시은하를 대조된 위성은하 및 필드 은하와 비교하는 것.

제안 방법

• TNG50 시뮬레이션을 활용함. 이는 항성 형성 영역에서 50–200 pc 해상도를 가진 대규모 중력-자기유체역학적 천체역학 시뮬레이션.
• 형태와 가스 꼬리 특징을 기반으로 적색편이 z = 0–1 범위에서 700개 이상의 잼플리시은하를 정의함. 별 형성 추적자에 의존하지 않음.
• 시간에 따라 분리된 입자 추적을 통해 각 잼플리시은하의 전반적, 본체, 꼬리별 별 형성률(SFRs)을 측정함.
• 여러 대조 샘플을 구성함: 유사한 항성 질량, 가스 분율, 주위 헬로 질량을 가진 대조 위성은하 및 필드 은하.
• 개별 잼플리시은하의 진화 궤적을 추적하여 기립압 사건 기간 동안 SFR 변화를 분석함.
• 다양한 적색편이(최대 z ≈ 1)에서 인구 간 중앙 SFR을 비교하고, 꺼짐 비율과 스타버스트 발생 빈도를 평가함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 TNG50에서 대조 샘플과 유사한 질량과 가스 분율을 가진 잼플리시은하가 전반적인 별 형성률이 높은가?
• RQ2 기립압 스트리핑에 의해 분리된 꼬리에서의 별 형성이 잼플리시은하의 총 SFR에 기여하는가?
• RQ3 잼플리시은하는 그들의 진화 기간 동안 SFR이 증가하는가? 만약 그렇다면, 이러한 폭발적 증가가 인구 전체 수준의 SFR 증가로 이어지는가?
• RQ4 잼플리시은하의 꺼짐 비율은 동일한 질량과 환경에서 무작위로 선택된 위성은하와 비교해 어떻게 다른가?
• RQ5 관측적으로 보고된 잼플리시은하 인구 전체 수준의 SFR 증가 주장은 물리적 현실이 아니라 선택 편향에 기인한 정도는 어느 정도인가?

주요 결과

• TNG50는 심한 기립압 스트리핑에도 불구하고 대부분의 잼플리시은하는 별 형성이 활발히 일어나며, 본체와 분리된 꼬리에서 모두 별 형성이 발생함을 보여줌.
• 꼬리에서의 별 형성은 지배적이지 않으며, 본체에 비해 총 SFR에 기여하는 정도가 훨씬 낮지만, 물리적으로 타당하며 시뮬레이션에서 관측됨.
• 74%의 잼플리시은하는 페리세트릭스 통과 기간 동안 별 형성 주요선을 초월하는 일시적인 SFR 폭발을 경험하지만, 이는 인구 전체 수준의 SFR 증가로 이어지지 않음.
• 어느 특정 시점에서도 잼플리시은하의 중앙 SFR은 별 형성 주요선 이하이며, 대조 샘플인 필드 및 위성은하와 통계적으로 구분되지 않음.
• 초기 가스 분율이 높기 때문에 일반 위성은하 인구보다 꺼짐 비율이 낮아 관측 샘플에서 선택 편향이 발생함.
• 시뮬레이션은 잼플리시은하에서 체계적인, 인구 전체 수준의 별 형성 증가에 대한 증거를 발견하지 못했으며, 이러한 시스템에서 SFR 증가를 주장하는 관측 결과에 도전함.