[논문 리뷰] LoTSS jellyfish galaxies. III. The first identification of jellyfish galaxies in the Perseus cluster

Ian Roberts, R. J. van Weeren외 5명|arXiv (Cornell University)|2022. 01. 01.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 107인용 수 36

한 줄 요약

이 연구는 LOFAR의 144 MHz 전기계 연속 스펙트럼 관측을 통해 페르세우스 은하단에서 처음으로 물개별 은하를 특정하였으며, 일면성 전기계 꼬리와 램 압력 제거에 의해 일어나는 광학적 형태와 일치하는 결과를 보였다. 주요 발견은 은하의 앞면에서 증가된 항성 형성과 디스크에서는 더 평평한 스펙트럼 인덱스, 제거된 꼬리에서는 더 기울어진 인덱스를 보이며, 환경에 의한 억제와 항성 형성에 의해 이끌리는 복잡한 전기계 방출 과정을 시사한다.

ABSTRACT

In this paper we report the first identification of jellyfish galaxies in the Perseus cluster (Abell 426). We identified four jellyfish galaxies (LEDA 2191078, MCG +07-07-070, UGC 2654, UGC 2665) within the central 2° ×2° (2.6 Mpc × 2.6 Mpc) of Perseus based on the presence of one-sided radio continuum tails that were detected at 144 MHz by the LOw Frequency ARray (LOFAR). The observed radio tails, as well as the orientation of morphological features in the rest-frame optical, are consistent with these four galaxies being impacted by ram pressure stripping as they orbit through the Perseus intracluster medium. By combining the LOFAR imaging at 144 MHz with 344 MHz imaging from the Karl G. Jansky Very Large Array, we derived spectral indices for the disks and the stripped tails of these jellyfish galaxies. We show that the spectral indices over the galaxy disks are quite flat, while the indices of the stripped tails are substantially steeper. We also identified a number of compact Hα + [NII] sources with narrowband imaging from the Isaac Newton Telescope. These sources are brighter along the leading side of the galaxy (i.e., opposite to the direction of the stripped tail), which is consistent with ram pressure induced star formation. Lastly, consistent with previous works in other clusters, we find that these jellyfish galaxies show enhanced radio luminosities for their observed star formation rates. Given the small distance to the Perseus cluster (D ∼ 70 Mpc, 1″ ≃ 340 pc), these galaxies are excellent candidates for multiwavelength follow-up observations to probe the impact of ram pressure stripping on galaxy star formation at subkiloparsec scales.

연구 동기 및 목표

• 저주파수 전기계 연속 스펙트럼 관측을 통해 페르세우스 은하단의 물개별 은하를 특정하기.
• 은하단 은하에서 램 압력 제거가 항성 형성과 전기계 방출에 미치는 영향을 조사하기.
• 우주선 전자 노후화와 자기장 구조를 탐색하기 위해 은하 디스크와 제거된 꼬리 전역에서 스펙트럼 인덱스 측정하기.
• 램 압력 유도 항성 형성을 평가하기 위해 밀도 높은 Hα + [NII] 소스 분석하기.
• 이 물개별 은하가 표준 전기계-항성 형성률 관계에 비해 증가된 전기계 빛나는 정도를 보이는지 평가하기.

제안 방법

• 페르세우스 은하단의 2°×2° 영역을 커버하는 LOFAR Two-metre Sky Survey (LoTSS)의 144 MHz 연속 영상 사용.
• LOFAR 144 MHz 데이터와 칼 G. 얀스키 Very Large Array의 344 MHz 영상 조합을 통해 은하 디스크와 제거된 꼬리 전역에서 스펙트럼 인덱스 유도.
• 아이자악 뉴턴 망원경을 사용한 협대역 Hα + [NII] 영상으로 밀도 높은 항성 형성 영역 탐지.
• 은하 형태와 항성 형성 활동 평가를 위해 복합 파장 분석, 휴지 기반 광학 영상 및 스펙트럼 데이터 통합.
• 전기계 방출 영역에서 동기방출 노후화와 주입 스펙트럼 인덱스를 구분하기 위해 스펙트럼 인덱스 분석 수행.
• 우주론적 파rameters (ΩM = 0.3, ΩΛ = 0.7, H0 = 70 km s⁻¹ Mpc⁻¹) 와 NGC 1275 기준 은하단 중심 반경을 사용해 공간적 맥락 제공.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 페르세우스 은하단에 물개별 은하가 존재하는가? 그리고 144 MHz에서 한쪽면 전기계 연속 꼬리로 특정할 수 있는가?
• RQ2 시뮬레이션 예측에 따르면 램 압력 제거를 겪는 은하의 앞면에서 증가된 항성 형성이 관측되는가?
• RQ3 은하 디스크와 제거된 꼬리 간 전기계 방출의 스펙트럼 인덱스는 어떻게 변화하는가? 그리고 이는 우주선 전자의 노후화에 대해 무엇을 드러내는가?
• RQ4 이 물개별 은하가 항성 형성률 대비 과도한 전기계 빛나는 정도를 보이며, 그 물리적 기원은 무엇인가?
• RQ5 밀도 높은 Hα + [NII] 소스의 공간 분포는 제거된 꼬리 방향과 어떻게 관련되어 있으며, 램 압력 유도 항성 형성 이론을 지지하는가?

주요 결과

• 144 MHz에서 한쪽면 전기계 꼬리를 통해 페르세우스 은하단 중심 2°×2° 영역에서 네 개의 물개별 은하(LEDA 2191078, MCG +07-07-070, UGC 2654, UCG 2665)를 특정하였다.
• 제거된 꼬리 반대편, 즉 은하의 앞면에서 Hα + [NII] 소스가 더 밝으며, 램 압력 유도 항성 형성을 시사한다.
• 은하 디스크에서의 스펙트럼 인덱스는 평평한 편이지만, 밀도 높은 간성 매질에서 이온화 손실의 영향일 가능성이 높으며, 제거된 꼬리에서는 더 기울어진 인덱스를 보이며 동기방출 노후화와 일치한다.
• 제거된 꼬리의 스펙트럼 인덱스는 항성 형성에서 기대되는 주입 인덱스와 노후화로 인한 중간 정도의 기울어짐을 모두 반영하고 있으나, 정밀도가 낮다.
• 전반적으로 이 은하들은 표준 저주파수 전기계 빛나는 정도-항성 형성률 관계에 비해 증가된 144 MHz 빛나는 정도를 보이며, 다른 물개별 은하와 유사한 전기계 과잉을 나타낸다.
• 약 70 Mpc 거리에 있는 페르세우스 은하단은 하이퍼해상도 및 복합 파장 후속 관측에 유리한 대상으로, 램 압력 제거를 1킬로파섹 이하 척도에서 연구할 수 있다.