[논문 리뷰] Mapping Luminous Blue Compact Galaxies with VIRUS-P: morphology, line ratios and kinematics

L. M. Cairós, N. Caon외 5명|2012. 09. 03.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 70인용 수 14

한 줄 요약

이 연구는 VIRUS-P를 사용한 적분장 스펙트로스코피를 통해 5개의 루미너스 블루 컴 pact은은하(BCGs)의 형태, 운동학,-dust 흡수, 이온화 조건을 맵핑한다. 복잡한 이온화 가스 구조, 높은 수준의 먼지 흡수(A_V ~1.0 이하), 그리고 III Zw 102에서 관측된 극궤도 고리 시스템을 포함한 다양한 운동학 패턴을 규명하며, 저금속도 성폭발 환경에서 피드백과 구조적 복잡성이 차지하는 역할을 강조한다.

ABSTRACT

[abridged] We carry out an integral field spectroscopy (IFS) study of a sample of luminous BCGs, with the aim to probe the morphology, kinematics, dust extinction and excitation mechanisms of their warm interstellar medium (ISM). IFS data for five luminous BCGs were obtained using VIRUS-P, the prototype instrument for the Visible Integral Field Replicable Unit Spectrograph, attached to the 2.7m Harlan J. Smith Telescope at the McDonald Observatory. VIRUS-P consists of a square array of 247 optical fibers, which covers a 109"x109" field of view, with a spatial sampling of 4.2" and a 0.3 filling factor. We observed in the 3550-5850 Angstrom spectral range, with a resolution of 5 A FWHM. From these data we built two-dimensional maps of the continuum and the most prominent emission-lines ([OII]3727, Hgamma, Hbeta and [OIII]5007), and investigate the morphology of diagnostic emission-line ratios and the extinction patterns in the ISM as well as stellar and gas kinematics. Additionally, from integrated spectra we infer total line fluxes and luminosity-weighted extinction coefficients and gas-phase metallicities. All galaxies exhibit an overall regular morphology in the stellar continuum, while their warm ISM morphology is more complex: in II Zw 33 and Mrk 314, the star-forming regions are aligned along a chain-structure; Haro 1, NGC 4670 and III Zw 102 display several salient features, such as extended gaseous filaments and bubbles. A significant intrinsic absorption by dust is present in all galaxies, the most extreme case being III Zw 102. Our data reveal a manifold of kinematical patterns, from overall regular gas and stellar rotation to complex velocity fields produced by structurally and kinematically distinct components.

연구 동기 및 목표

• 루미너스 블루 컴 pact은은하(BCGs)의 따뜻한 간성간매질(ISM)의 공간적으로 분해된 형태, 운동학, 그리고 자극 조건을 조사하기 위해.
• 고해상도 스펙트로스코피를 사용하여 BCG 내 개별 영역의 먼지 흡수와 기체상 금속 농도를 정량화하기 위해.
• 저질량, 저금속도 시스템에서 별 형성 활동, 피드백 과정, 은하 진화 간의 연관성을 탐색하기 위해.
• 낮은 금속 농도 환경에서 금속 농도 진단법(예: N2 대비 P-방법)의 신뢰성을 시험하기 위해.
• BCGs가 단순한 진화 모델에 도전하는 디스크 및 극궤도 고리와 같은 여러 운동학적으로 구별되는 구성요소를 포함하고 있는지 확인하기 위해.

제안 방법

• VIRUS-P를 사용하여 적분장 스펙트로스코피(IFS) 데이터를 확보하였으며, 이는 247개의 섬유로 구성된 파이버 피드형 IFU로 109''×109''의 시야를 4''2 해상도로 커버한다.
• 3550–5850 Å 범위에서 5 Å FWHM의 스펙트럼 해상도로 관측하여 고신호 대비 비율의 발광선 검출이 가능하도록 한다.
• 연속기, 발광선([O ii] λ3727, Hγ, Hβ, [O iii] λ5007), 흡수(A_V), 자극 비율([O iii]/Hβ), 그리고 가스 및 항성의 운동학에 대한 2차원 맵을 제작한다.
• 스팩셀 단위로 항성 연속기 모델링 및 제거를 수행한 후, 발광선의 플럭스 및 운동학 측정을 위해 가우시안 피팅을 실시한다.
• 통합 및 핵심 스펙트럼 특성(총 선 플럭스, 빛의 강도 가중 A_V, 기체상 금속 농도)을 유도하였으며, 여러 보정기를 사용하여 유도하였다.
• 저금속도 영역에서의 체계적 오차를 평가하기 위해 P-방법과 N2 진단법의 금속 농도 값을 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 루미너스 BCG에서 이온화된 가스와 항성 연속기의 공간 형태는 어떻게 되며, 서로 어떻게 다릅니다?
• RQ2 BCG의 ISM 전반에 걸쳐 먼지 흡수는 어떻게 변할까요? 관측된 최대 값은 얼마입니까?
• RQ3 가스와 항성에서 관측되는 운동학 패턴은 무엇이며, 다중 역학적 구성요소의 존재를 시사합니까?
• RQ4 이온화 자극 비율([O iii]/Hβ)은 별 형성 영역과 어떻게 상관관계가 있으며, 이는 어떤 이온화 원천을 드러냅니까?
• RQ5 극도로 저금속도 BCG에서 다양한 금속 농도 진단법(P-방법 대비 N2)이 일관된 결과를 도출하는 정도는 어느 정도입니까?

주요 결과

• 모든 은하에서 타원형 또는 원형 등고선을 가진 규칙적인 항성 연속기 형태를 보이며, 이ON가스는 필라멘트,气방울, 구멍을 포함한 복잡한 구조를 나타낸다.
• NGC 4670은 중심에서 북쪽과 서남쪽으로 큰 기체 확장 구조를 보이며, III Zw 102는 대칭적인 돌출부와 북쪽의 단일 덩어리가 있는 두드러진 극궤도 고리 시스템을 나타낸다.
• 모든 은하에서 뚜렷한 먼지 흡수가 관측되며, A_V는 최대 약 1.0에 이르며, 이는 III Zw 102에서 가장 높은 수준의 내재된 흡수를 나타낸다.
• excitation 비율 [O iii]/Hβ는 II Zw 33과 Mrk 314에서 별 형성 영역을 추적하며 비율이 1을 초과하지만, Haro 1과 III Zw 102에서는 중심부에서 Hβ가 [O iii]보다 강도가 높아 외곽부에서 비율이 최고조에 이르는 경향이 있다.
• 운동학 분석 결과 다양한 행동 패tern이 드러났다: II Zw 33은 회전 운동이 없으며, Haro 1은 항성과 가스가 함께 회전하며, NGC 4670는 S자형 윤곽을 보이는 막대형 형태를 보이며, Mrk 314는 불규칙한 회전 패턴을 보이며 남쪽에서 속도 감소가 관측된다.
• III Zw 102는 두 개의 운동학적으로 독립된 시스템을 포함하고 있다: 내부의 공회전 디스크와 그에 수직인 극궤도 고리로, 이는 복잡하고 다성분 구조를 확인한다.