[논문 리뷰] LoTSS jellyfish galaxies: II. Ram pressure stripping in groups versus clusters

Ian Roberts, R. J. van Weeren외 4명|arXiv (Cornell University)|2021. 01. 01.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 138인용 수 70

한 줄 요약

이 연구는 144 MHz에서의 LOFAR 라디오 연속분포를 이용해 약 500개의 저 redshift 은하 군집(10^12.5 < M_group < 10^14 h⁻¹ M⊙) 내에서 기립압 스트립핑 꼬리를 지닌 '물고기 빛나는 은하'(jellyfish galaxies)를 식별한다. 이들은 군집 내 은하들과 비교하여 기립압 스트립핑이 군집에서도 발생하지만, 클러스터보다 빈도가 낮고 효율성이 떨어지며, 군집 내 물고기 빛나는 은하들은 별 형성 증가가 없고 스트립핑 동역학도 느리다.

ABSTRACT

Numerous examples of ram pressure stripping in galaxy clusters are present in literature; however, substantially less work has been focused on ram pressure stripping in lower mass groups. In this work we use the LOFAR Two-metre Sky Survey (LoTSS) to search for jellyfish galaxies in ~500 SDSS groups (z<0.05), making this the most comprehensive search for ram pressure stripping in groups to date. We identify 60 jellyfish galaxies in groups with extended, asymmetric radio continuum tails, which are found across the entire range of group mass from $10^{12.5} < M_\mathrm{group} < 10^{14}\,h^{-1}\,\mathrm{M_\odot}$. We compare the group jellyfish galaxies identified in this work with the LoTSS jellyfish galaxies in clusters presented in Roberts et al. (2021), allowing us to compare the effects of ram pressure stripping across three decades in group/cluster mass. We find that jellyfish galaxies are most commonly found in clusters, with the frequency decreasing towards the lowest mass groups. Both the orientation of observed radio continuum tails, and the positions of group jellyfish galaxies in phase space, suggest that galaxies are stripped more slowly in groups relative to clusters. Finally, we find that the star formation rates of jellyfish galaxies in groups are consistent with `normal' star-forming group galaxies, which is in contrast to cluster jellyfish galaxies that have clearly enhanced star formation rates. On the whole, there is clear evidence for ongoing ram pressure stripping in galaxy groups (down to very low group masses), though the frequency of jellyfish galaxies and the strength of ram pressure stripping appears smaller in groups than clusters. Differences in the efficiency of ram pressure stripping in groups versus clusters likely contributes to the positive trend between quenched fraction and host halo mass observed in the local Universe.

연구 동기 및 목표

• 지역 우주 환경에서 가장 흔한 형태인 은하 군집에서 기립압 스트립핑(RPS)의 퍼짐과 효율성을 조사하기 위해.
• 일관된 라디오 연속분포 탐지 방법을 사용하여, 더 낮은 질량의 군집과 더 높은 질량의 클러스터에서의 RPS를 비교하기 위해.
• 클러스터 내 물고기 빛나는 은하에서 관측된 것처럼 군집 내 물고기 빛나는 은하가 별 형성 증가 또는 더 빠른 스트립핑을 보이는지 확인하기 위해.
• 군집에 유입되기 이전에 은하의 프리프로세싱을 유도하는 군집 환경의 역할, 특히 RPS를 통해 유도되는 역할을 평가하기 위해.

제안 방법

• 144 MHz에서 LOFAR Two-metre Sky Survey (LoTSS)를 활용하여, 우주선과 상대론적 전자 스트립핑을 나타내는 확장된 비대칭 라디오 연속분포 꼬리를 탐지하였다.
• 은하 운동과 반대 방향으로 정렬된 라디오 꼬리 형태를 기반으로 군집 내 물고기 빛나는 은하를 선별하여 기립압 스트립핑을 확인하였다.
• z < 0.05 인 클러스터 내 물고기 빛나는 은하 샘플인 R21b 샘플과 교차 매칭하여, 헬름 질량이 세 개의 디아데카드(10^12.5 ~ 10^14 h⁻¹ M⊙) 범위에서 직접 비교할 수 있도록 하였다.
• 상태공간 위치와 꼬리 방향을 분석하여 스트립핑 타임스케일과 퍼티컬 중심 통과 역사를 추론하였다.
• SDSS 영상에서의 Hα 플럭스를 이용해 별 형성률(SFR)을 측정하여, '정상적인' 별 형성 군집 은하들과 비교하였다.
• SDSS 군집 카탈로그에서의 군집 질량 추정치(M_group: 10^12.5 ~ 10^14 h⁻¹ M⊙)를 사용하여 RPS 빈도의 질량 의존성을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 군집 내 물고기 빛나는 은하의 빈도는 클러스터와 비교하여 어떤가? 다양한 군집 질량 범위에서 어떻게 달라지는가?
• RQ2 꼬리 형태와 운동학적 특성으로 볼 때, 군집과 클러스터에서의 기립압 스트립핑 효율성은 어떻게 다를까?
• RQ3 군집 내 물고기 빛나는 은하들은 클러스터 내 물고기 빛나는 은하에서 관측된 것처럼 별 형성률이 증가하는가?
• RQ4 군집 내 물고기 빛나는 은하들이 이미 퍼티컬 중심을 통과했는지에 대한 증거가 있으며, 이는 클러스터 은하들보다 더 느린 스트립핑을 의미하는가?
• RQ5 군집 환경이 클러스터 유입 이전에 은하의 프리프로세싱에 얼마나 기여하는가?

주요 결과

• 물고기 빛나는 은하의 빈도는 클러스터에서 가장 높고, 가장 낮은 질량 군집(10^12.5 < M_group < 10^14 h⁻¹ M⊙)으로 갈수록 크게 감소한다.
• 군집 내 물고기 빛나는 은하들은 기립압 스트립핑이 더 느리며, 일반적으로 퍼티컬 중심을 이미 통과한 것으로 나타나, 클러스터 은하들보다 스트립핑 타임스케일이 더 길다.
• 클러스터와 달리 군집 내 물고기 빛나는 은하들은 체계적으로 증가한 별 형성률을 보이지 않으며, '정상적인' 별 형성 군집 은하들과 일관된다.
• 군집 내 라디오 꼬리의 방향은 지속 중이지만 덜 강한 기립압 스트립핑을 반영하며, 클러스터보다 이온화 매질 밀도가 낮거나 상대 속도가 낮을 가능성이 있음을 시사한다.
• 10^12.5 h⁻¹ M⊙의 낮은 질량까지도 기립압 스트립핑의 명백한 증거가 있으며, 이는 클러스터보다 효율성이 떨어지지만 존재한다.
• 군집과 클러스터 간의 스트립핑 효율성 차이는 지역 우주에서 억제된 은하 비율과 주변 헬름 질량 간의 관찰된 양의 상관관계에 기여할 가능성이 크다.