[논문 리뷰] Searching for intergalactic star forming regions in Stephan's Quintet with SITELLE. I. Ionised gas structures and kinematics

S. Duarte Puertas, J. Iglésias-Páramo외 4명|arXiv (Cornell University)|2019. 09. 12.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 47인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 스텐포의 퀠레트에서 이온화된 가스 구조와 운동학을 SITELLE 분광법을 사용해 맵핑하여, 복잡한 3차원 필라와 다섯 개의 별개의 속도 성분을 드러냈다. LSSR과 NGC7319의 AGN 사이의 기체 브리지가 확인되었으며, 175개의 Hα 발광 영역(다중 성분을 가진 22개 포함)이 식별되었고, 대규모 외부 둘레 구조를 통해 순차적 상호작용 시나리오가 지지되었다.

ABSTRACT

Stephan's Quintet (SQ), the prototypical compact group of galaxies in the local Universe, has been observed with the imaging Fourier transform spectrometer SITELLE, attached to the CFHT, to perform a deep search for intergalactic star-forming emission. We present the extended ionised gaseous structures detected and analyse their kinematical properties. The large field of view (11'x11') and the spectral ranges of SITELLE have allowed a thorough study of the entire galaxy system, its interaction history and the main properties of the ionised gas. The observations have revealed complex 3D strands in SQ seen for the first time, as well as the spatially resolved velocity field for a new SQ dwarf galaxy (M82-like) and the detailed spectral map of NGC7320c, confirming its AGN nature. A total of 175 SQ H$α$ emission regions have been found, 22 of which present line profiles with at least two kinematical components. We studied 12 zones and 28 sub-zones in the SQ system to define plausible physical spatial connections between its different parts in the light of the kinematical information gathered. In this respect we have found 5 velocity systems in SQ: i) v=[5600-5900] $km\,s^{-1}$; ii) v=[5900-6100] $km\,s^{-1}$; iii) v=[6100-6600] $km\,s^{-1}$; iv) v=[6600-6800] $km\,s^{-1}$; and v) v=[6800-7000] $km\,s^{-1}$. No gas emission is detected in the old tail, neither near NGC7318A nor in NGC7317, and the connection between NGC7319 north lobe and starburst A cannot be confirmed. Conversely, a clear gaseous bridge has been confirmed both spatially and kinematically between the large-scale shock region and the NGC7319 AGN. Finally, a larger scale, outer rim winding the NGC7318B/A system clockwise north-west to south-east has been highlighted in continuum and in H$α$. This structure may be reminiscent of a sequence of a previously proposed scenario for SQ a sequence of individual interactions.

연구 동기 및 목표

• SITELLE의 광시야 및 고분해능을 활용해 스텐포의 퀄레트의 이온화된 가스에 대한 깊이 있고 공간적으로 해상도가 높은 조사 수행.
• Hα 발광의 정밀 운동학 분 析를 통해 간성간 성간 별 형성 영역을 식별하고 특성화.
• 속도와 공간 일치성을 통해 상호작용 시스템의 서로 다른 구성 요소 간 물리적 연결을 규명.
• 확장된 기체 구조와 속도 시스템을 맵핑하여 순차적 상호작용 시나리오의 타당성을 검증.
• 이전에 별 형성 또는 조리드 퇴적물이 존재할 것으로 추측된 영역에서 이온화된 가스의 존재 여부를 확인하거나 배제.

제안 방법

• 캐나다-프랑스-하와이 천체망원경에 탑재된 이미징 푸리에 변환 분광계인 SITELLE를 사용해 11’×11’ 시야에서 공간적으로 해상도가 높은 고해상도 스펙트럼 데이터 확보.
• 전체 시스템 전역에 걸쳐 저표면 밝기 Hα 발광을 맵핑하기 위해 SN2 필터를 사용한 깊은 밴드형 이미징 수행.
• 스펙트럼 큐브 분석을 통해 반경 속도 맵 추출 및 개별 발광 영역에서 다중 운동학 성분 식별.
• 공간적·운동학적 일치를 기반으로 반경 속도에 따라 다섯 개의 별개의 속도 시스템으로 발광 영역 분류.
• 속도 해상도 맵을 활용해 NGC7319, LSSR, NGC7318B 등의 주요 구성 요소 간 기체 브리지 및 연결 고리 추적.
• 통계적 및 형태학적 분석을 적용해 외부 둘레 및 조리드 퇴적물 포함 확장된 구조의 공간 연속성과 운동학 일관성 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 스텐포의 퀄레트의 간성간 매질에서 이온화된 가스의 공간적 및 운동학적 특성은 무엇인가?
• RQ2 오래된 조리드 꼬리 또는 NGC7318A나 NGC7317 근처에 감지 가능한 Hα 발광 영역이 존재하는가? 이는 현재 또는 과거의 별 형성 여부를 시사하는가?
• RQ3 운동학적 및 공간적 상관관계는 LSSR, NGC7319, SQA 영역 간 물리적 연결을 확인할 수 있는가?
• RQ4 NGC7318B/A 시스템을 반시계방향으로 북서에서 남동으로 감싸는 대규모 외부 둘레 구조가 존재하는가? 이는 개별 상호작용의 순차적 시나리오를 지지하는가?
• RQ5 NGC7320c의 Hα 발광은 어떤 성격을 지니며, 이는 AGN 활동인지 별 형성 활동을 시사하는가?

주요 결과

• 전체 시스템 전역에서 175개의 Hα 발광 영역이 감지되었으며, 그 중 22개는 최소한 두 개의 운동학 성분을 나타내는 선형 프로파일을 보였다.
• 공간적·운동학적으로 명확한 기체 브리지가 LSSR(대규모 충격 영역)와 NGC7319의 AGN 핵심 간에 확인되었다.
• 다섯 개의 별개의 속도 시스템이 식별되었으며, 각각 v ≈ 5600–5900 km s⁻¹(신규 도착체 및 남부 퇴적물), 5900–6100 km s⁻¹(스타버스트 A 영역), 6100–6600 km s⁻¹(LSSR 실선), 6600–6800 km s⁻¹(젊은 조리드 꼬리 및 SQA), 6800–7000 km s⁻¹(LSSR–SQA 연결 실선)이다.
• 오래된 조리드 꼬리 또는 NGC7318A 및 NGC7317 근처에서는 이온화된 가스 발광이 감지되지 않아, 현재 별 형성이 일어나지 않는 것으로 보인다.
• NGC7319의 북측 루프와 SQA 간의 연결 고리는 공간적·운동학적 연속성이 부족하여 확인되지 않았다.
• NGC7318B/A 시스템을 반시계방향으로 북서에서 남동으로 감싸는 대규모 외부 둘레 구조가 연속체 및 Hα 모두에서 두드러지게 나타났으며, 이는 이전 모델에 부합하는 과거의 상호작용 순서를 지지한다.