[논문 리뷰] Stellar dynamics of blue compact galaxies. II. Further indications of a merger in ESO 338-IG04

Robert Cumming, Kambiz Fathi외 6명|ArXiv.org|2007. 10. 24.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 46인용 수 15

한 줄 요약

이 연구는 블루 커펙티드은하 ESO 338-IG04의 항성 운동학을 VLT/FORS2를 이용한 적외선 Ca II 삼중선의 장슬릿 스펙트로스코피를 통해 분석하여, 항성과 이온화된 가스의 속도가 혼란스러운 Hα 속도장에도 불구하고 대부분 일치함을 발견하였다. 결과적으로 이 은하는 체계적 평형 상태가 아니며, 현재의 항성 폭발이 융합에 의해 유도된 것임을 강력히 지지하며, 밀집된 항성 폭발 은하에서는 방사선선 속도장만으로는 중력 잠재력의 신뢰할 수 있는 추적을 할 수 없음을 시사한다.

ABSTRACT

Luminous blue compact galaxies, common at z~1 but now relatively rare, show disturbed kinematics in emission lines. As part of a programme to understand their formation and evolution, we have investigated the stellar dynamics of a number of nearby objects in this class. We obtained long-slit spectra with VLT/FORS2 in the spectral region covering the near-infrared calcium triplet. In this paper we focus on the well-known luminous blue compact galaxy ESO 338-IG04 (Tololo 1924-416). A previous investigation, using Fabry-Perot interferometry, showed that this galaxy has a chaotic H-alpha velocity field, indicating that either the galaxy is not in dynamical equilibrium or that H-alpha does not trace the gravitational potential due to feedback from star formation. Along the apparent major axis, the stellar and ionised gas velocities for the most part follow each other. The chaotic velocity field must therefore be a sign that the young stellar population in ESO 338-IG04 is not in dynamical equilibrium. The most likely explanation, which is also supported by its morphology, is that the galaxy has experienced a merger and that this has triggered the current starburst. Summarising the results of our programme so far, we note that emission-line velocity fields are not always reliable tracers of stellar motions, and go on to assess the implications for kinematic studies of similar galaxies at intermediate redshift.

연구 동기 및 목표

• 빛나는 파란 밀집 은하(LBCGs)에서, 특히 ESO 338-IG04에서 항성과 이온화된 가스 운동학이 동일한 중력 잠재력을 따라가는지 여부를 규명하는 것.
• Hα와 같은 방사선선 속도장이 LBCGs에서 동적 질량과 중력 잠재력을 추적하는 데 얼마나 신뢰할 수 있는지 평가하는 것.
• LBCGs에서의 교란된 운동학이 복사 피드백, 융합 유도 동역학, 또는 비평형 상태 때문인지 조사하는 것.
• 가스-항성 운동학의 분리가 고적색도 연구에서 방사선선 운동학에 의존하는 데 미치는 영향을 평가하는 것.
• ESO 338-IG04에서 관측된 속도장이 내부 피드백만으로 설명 가능한 것이 아니라 융합에 의해 촉발된 항성 폭발과 일치하는지 확인하는 것.

제안 방법

• ESO 338-IG04의 장슬릿 스펙트로스코피를 VLT/FORS2를 이용해 획득하여, 항성 속도와 속도 분산을 측정하기 위해 근적외선 Ca II 삼중선(849.8, 854.2, 866.2 nm)을 분석하였다.
• 템플릿 항성 스펙트럼과의 교차상관 및 페널티가 부여된 픽셀 피팅(pPXF)을 적용하여 Ca II 삼중선의 흡수 피크에서 적산 속도와 속도 분산을 유도하였다.
• 유도된 항성 속도장을 기존의 Fabry-Perot 관측에서 확보한 Hα 방사선선 속도장(Östlin 등 2001)과 비교하여 운동학적 일치도를 평가하였다.
• 주축을 따라 항성과 가스 간의 운동학적 결합 정도의 공간적 변화를 분석하여 분리 또는 일치 영역을 식별하였다.
• Hα 회전곡선에서 유도된 동적 질량 추정치를 광학적 항성 질량과 비교하여 질량 부족 현상과 동적 평형 상태의 유무를 평가하였다.
• 형태학적 및 운동학적 증거를 기반으로 융합 존재를 추론하였으며, 이는 혼란스러운 속도장과 회전 지지력 부족을 포함한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ESO 338-IG04에서 항성과 이온화된 가스의 속도장이 동일한 중력 잠재력을 따라가는가?
• RQ2 ESO 338-IG04에서 혼란스러운 Hα 속도장은 피드백 때문이냐, 융합으로 인한 동역학적 비평형 상태 때문이냐?
• RQ3 밀집된 항성 폭발 은하에서 방사선선 속도장이 항성 운동학의 대체 지표로 얼마나 신뢰할 수 있는가?
• RQ4 저회전, 밀집된 은하인 ESO 338-IG04와 같은 천체에서 속도 분산이 중력 잠재력을 지지하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 ESO 338-IG04의 운동학 결과는 중간 적색도에서 유사한 은하의 해석에 어떻게 기여하는가?

주요 결과

• ESO 338-IG04의 항성 속도장은 주축을 따라 이온화된 가스(Hα) 속도장과 밀접하게 일치하며, 외곽 영역에서 가스와 항성이 운동학적으로 결합되어 있음을 나타낸다.
• 외곽 영역에서는 일치가 관찰되지만, 중심 영역은 통일된 회전이 없고 혼란스러운 Hα 속도장을 보이며, 이는 체계가 동적 평형 상태가 아님을 시사한다.
• Hα 속도장에서 추정된 동적 질량은 광학적 항성 질량과 일치하지 않으며, 이는 회전 지지력 부족과 비평형 상태를 시사한다.
• 관측된 운동학적 비정상성은 피드백만으로는 설명할 수 없으며, 항성 속도장이 여전히 통합되어 있으므로 외부 유출이 유일한 원인임을 배제한다.
• 혼란스러운 가스 운동학, 회전 지지력 부족, 형태학적 특징의 조합은 현재 ESO 338-IG04의 항성 폭발이 융합에 기인한 것임을 강력히 지지한다.
• 본 연구는 밀집된 항성 폭발 은하, 특히 융합 영향을 받은 시스템에서는 방사선선 속도장이 기저 중력 잠재력을 신뢰할 수 없는 추적 도구임을 입증한다.