[논문 리뷰] SDSS-IV MaNGA: Spatial Evolution of Star Formation Triggered by Galaxy Interactions

Hsi An Pan, Lihwai Lin외 13명|Lume (Universidade Federal do Rio Grande do Sul)|2019. 07. 10.

Astronomy and Astrophysical Research참고 문헌 1인용 수 14

한 줄 요약

이 연구는 SDSS-IV MaNGA의 통합장 스펙트로스코피를 사용하여, 융합 시퀀스 전반에 걸쳐 은하 상호작용에 의해 유도된 별 형성(SF)의 공간적 진화를 맵핑한다. 상호작용에 의해 유도된 SF 증가가 중심부에 국한되지 않고 약 6.7 kpc까지 반경 방향으로 확장되며, 중심에서 최고에 도달하고 절정기와 융합 단계를 거쳐도 지속됨을 발견하여, 전통적인 중심 집중형 별폭풍의 관점에 도전한다.

ABSTRACT

Galaxy interaction is considered a key driver of galaxy evolution and star formation (SF) history. In this paper, we present an empirical picture of the radial extent of interaction-triggered SF along the merger sequence. The samples under study are drawn from the integral field spectroscopy (IFS) survey SDSS-IV MaNGA, including 205 star-forming galaxies in pairs/mergers and ~1350 control galaxies. For each galaxy in pairs, the merger stage is identified according to its morphological signatures: incoming phase, at first pericenter passage, at apocenter, in merging phase, and in final coalescence. The effect of interactions is quantified by the global and spatially resolved SF rate relative to the SF rate of a control sample selected for each individual galaxy ($Δ$logSFR and $Δ$logsSFR(r), respectively). Analysis of the radial $Δ$logsSFR(r) distributions shows that galaxy interactions have no significant impact on the $Δ$logsSFR(r) during the incoming phase. Right after the first pericenter passage, the radial $Δ$logsSFR(r) profile decreases steeply from enhanced to suppressed activity for increasing galactocentric radius. Later on, SF is enhanced on a broad spatial scale out to the maximum radius we explore (~6.7 kpc) and the enhancement is in general centrally peaked. The extended SF enhancement is also observed for systems at their apocenters and in the coalescence phase, suggesting that interaction-triggered SF is not restricted to the central region of a galaxy. Further explorations of a wide range in parameter space of merger configurations (e.g., mass ratio) are required to constrain the whole picture of interaction-triggered SF.

연구 동기 및 목표

• 공간 해상도가 높은 데이터를 사용하여 융합 시퀀스 전반에 걸쳐 상호작용에 의해 유도된 별 형성의 반경 분포를 조사하기 위해.
• 은하 상호작용으로 인한 별 형성 증가가 중심 영역에 국한되는지, 더 큰 반경까지 확장되는지 확인하기 위해.
• 다른 시기의 융합 단계에서 통제된 은하(질량과 적색이동이 일치하는)와 비교하여 별 형성률(SFR)과 특별 별 형성률(sSFR)의 진화를 정량화하기 위해.
• 반경 방향 SFR 변화를 고려할 때, 전통적인 조사에서 사용하는 광학 조합의 영향을 평가하기 위해.
• 융합 구성(예: 질량 비율, 가스 함량 등)이 공간적 SF 패턴을 어떻게 형성하는지 탐색하고, 향후 다파장 연구의 필요성을 제기하기 위해.

제안 방법

• 205개의 상호작용 중인 별 형성 은하(쌍/융합 중인 은하)에 대해 SDSS-IV MaNGA 설문조사의 통합장 스펙트로스코피(IFS) 데이터를 사용하였다.
• 형태학적 징후를 기반으로 융합 단계를 분류: 접근 중, 첫 번째 펄서스, 절정기, 융합 중, 융합 완료.
• 질량과 적색이동이 일치하는 통제 은하와 비교하여 공간 해상도가 높은 별 형성률(SFR)과 특별 별 형성률(sSFR)을 분석하였다.
• 통제 은하 대비 공간 해상도가 높은 SF 증가 또는 억제를 정량화하기 위해 Δlog sSFR(r)의 반경 프로파일을 계산하였다.
• 섬광 크기와 물리적 커버리지가 측정된 SFR 증가에 미치는 영향을 평가하기 위해 광학 보정 분석을 적용하였다.
• 통계 분석을 통해 융합 시퀀스 전반에 걸친 SF 진화의 추세를 파악하였으며, 특히 반경 범위와 중심 집중도에 초점을 맞추었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은하 상호작용의 다양한 단계에서 별 형성의 반경 분포는 어떻게 변화하는가?
• RQ2 상호작용에 의해 유도된 별 형성은 주로 중심 영역에 국한되는가, 아니면 더 큰 은하 중심 반경까지 확장되는가?
• RQ3 SF 증가의 크기는 은하 중심 반경에 따라 어떻게 변하고, 이는 광학 기반 SFR 측정에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 SF 증가의 공간적 범위는 후속 융합 단계(예: 절정기 및 융합 완료) 동안 지속되는가, 아니면 일시적인가?
• RQ5 기름 유입 이외의 물리적 메커니즘이 상호작용 시스템에서 확장된 SF를 설명하는 데 기여할 수 있는가?

주요 결과

• 접근 단계에서는 상호작용이 Δlog sSFR(r)에 유의미한 영향을 주지 않아 즉각적인 반경 방향 SF 반응이 없음을 시사한다.
• 첫 번째 펄서스 통과 직후, 큰 반경에서는 SF가 억제되고 중심 영역에서는 증가하여 Δlog sSFR(r)의 급격한 반경 감소를 보인다.
• 후속 단계(절정기 및 융합 완료)에서는 SF 증가가 약 6.7 kpc까지 반경 방향으로 확장되며, 증가의 피크는 중심 영역에 위치한다.
• 확장된 SF 증가 패tern은 상호작용에 의해 유도된 별 형성이 핵에 국한되지 않음을 시사하며, 전통적인 중심 주변 별폭풍의 관점에 도전한다.
• 물리적 섬광 크기가 커질수록 SFR 증가도 감소함을 보여, 중심 영역 외부의 휴면 디스크 영역에 의해 희석되기 때문이며, 기존의 광학 기반 SFR 측정의 한계를 드러낸다.
• 향후 연구에서는 융합 구성(예: 질량 비율, 수분성 대 비수분성 융합 등)과 ISM 성질이 공간적 SF 패턴을 어떻게 형성하는지 탐색할 필요가 있다.