[논문 리뷰] The Fornax Deep Survey (FDS) with the VST XI. The search for signs of preprocessing between the Fornax main cluster and Fornax A group

A. H. Su, H. Salo외 16명|arXiv (Cornell University)|2021. 01. 14.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 134인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 582개의 은하에 대한 깊은 VST 이미징을 통해 포르나그스 주 클러스터와 포르나그스 A 군집에서 은하의 환경적 전처리 과정을 조사한다. 포르나그스 A 군집의 은하는 주 클러스터의 은하보다 더 파랗고, 더 작고, 더 밝고, 더 비대칭적이며 더 덩어리져 있음을 발견하였으며, 이는 군집 유입 이전에 군집 환경에서의 상당한 전처리가 일어났음을 시사한다. 이 구조적 복잡성은 주로 은하 질량에 의해 결정되며, 환경에 의해 영향을 받는 것은 아님을 확인하였다.

ABSTRACT

We investigate the structural properties of cluster and group galaxies by studying the Fornax main cluster and the infalling Fornax A group, exploring the effects of galaxy preprocessing in this showcase example. Additionally, we compare the structural complexity of Fornax galaxies to those in the Virgo cluster and in the field. Our sample consists of 582 galaxies from the Fornax main cluster and Fornax A group. We quantified the light distributions of each galaxy based on a combination of aperture photometry, Sérsic+PSF (point spread function) and multi-component decompositions, and non-parametric measures of morphology (Concentration $C$; Asymmetry $A$, Clumpiness $S$; Gini $G$; second order moment of light $M_{20}$), and structural complexity based on multi-component decompositions. These quantities were then compared between the Fornax main cluster and Fornax A group. The structural complexity of Fornax galaxies were also compared to those in Virgo and in the field. Overall, we find significant differences in the distributions of quantities derived from Sérsic profiles ($g'-r'$, $r'-i'$, $R_e$, and $\barμ_{e,r'}$), and non-parametric indices ($A$ and $S$) between the Fornax main cluster and Fornax A group. Moreover, we find significant cluster-centric trends with $r'-i'$, $R_e$, and $\barμ_{e,r'}$, as well as $A$, $S$, $G$, and $M_{20}$ for galaxies in the Fornax main cluster. We find the structural complexity of galaxies increases as a function of the absolute $r'$-band magnitude (and stellar mass), with the largest change occurring between -14 mag $\lesssim M_{r'}\lesssim$ -19 mag. This same trend was observed for galaxies in the Virgo cluster and in the field, which suggests that the formation or maintenance of morphological structures (e.g. bulges, bar) is largely dependent on the stellar mass of the galaxies, rather than their environment.

연구 동기 및 목표

• 포르나그스 A 군집의 은하들이 포르나그스 주 클러스터에 유입되기 이전에 환경적 전처리를 겪는지 조사하기 위해.
• 포르나그스 주 클러스터와 포르나그스 A 군집의 은하 구조적 및 형태적 성질을 비교하여 조기 환경 전환의 징후를 탐색하기 위해.
• 다중 성분 광학적 분해를 통해 은하 질량과 환경의 역할이 구조적 복잡성 형성에 어떻게 기여하는지 평가하기 위해.
• 구조적 매개변수와 비모수적 지표의 반경 방향 경향을 분석하여 포르나그스 주 클러스터 내 환경적 영향을 추론하기 위해.
• 포르나그스 클러스터와 필드 샘플을 기반으로 한 구조적 복잡성과 비교하여 질량 기반 vs. 환경 기반 형태 진화를 분리하기 위해.

제안 방법

• VST 데이터를 사용하여 포르나그스 주 클러스터와 포르나그스 A 군집의 582개 은하에 대해 다중 파장 광도 측정(g′, r′, i′)을 수행하였다.
• Sérsic 프로파일 피팅을 적용하여 유효 반경(Re), 표면 밝기(μe), 색인덱스(g′−r′, r′−i′)를 유도하였다.
• 비모수적 형태지표인 농도(C), 비대칭성(A), 덩어리지기(S), 기니(G), M20를 계산하여 빛 분포의 비정상성을 정량화하였다.
• 다중 성분 광학적 분해를 수행하여 구조적 복잡성(예: 핵, 디스크, 바 등)을 모델링하고 각 은하의 성분 수를 결정하였다.
• 반경 방향 비대칭성 프로파일과 내부-외부 색상 차이(Δ(g′−r′))를 제작하여 내부 구조 기울기를 탐색하였다.
• 콜모고로프-스미르노프 검정과 스피어만의 순위 상관 검정을 사용하여 분포를 비교하고 환경 중심 거리와의 추세를 탐지하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 포르나그스 A 군집의 은하들은 포르나그스 주 클러스터의 은하들과 비교해 구조적 및 광학적 특성에서 다름을 보이며, 이는 전처리의 징후가 되는가?
• RQ2 포르나그스 주 클러스터 내부에서 구조적 매개변수와 형태지표에 유의미한 반경 방향 경향이 있는가? 이는 지속적인 환경 전환의 징후인가?
• RQ3 포르나그스 은하의 구조적 복잡성(다중 성분 피팅에서의 성분 수)은 은하 질량 또는 절대 등급과 상관이 있는가? 이는 비르고 클러스터와 필드 샘플과 비교해 어떻게 다른가?
• RQ4 포르나그스 군집과 주 클러스터에서 램 압력 제거와 조우 상호작용 등의 환경 메커니즘이 은하 성질에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 은하 구조(예: 핵, 바 등)의 형성 또는 유지가 주로 은하 질량에 의해 결정되는가, 아니면 환경적 영향에 의해 결정되는가?

주요 결과

• 포르나그스 A 군집의 은하는 포르나그스 주 클러스터의 은하보다 유의미하게 더 파랗고(잔차 g′−r′), 더 작고(작은 Re), 더 밝고(높은 μe), 더 비대칭적이고 덩어리져 있음(높은 A 및 S)을 보이며, 이는 KS 검정 p < 0.05로 유의미하다.
• 포르나그스 주 클러스터의 은하는 중심 방향으로 증가하는 Re, 감소하는 표면 밝기(μe), 감소하는 비대칭성/덩어리지기(A, S)를 보이며, 이는 유입 과정 중 환경적 매끄러움이 일어나고 있음을 시사한다.
• 포르나그스 A 군집에서는 군집 중심 방향 경향이 유의미하게 발견되지 않았으며, 이는 표본 수가 작기 때문일 가능성이 높다. 그러나 g′−r′ 및 Δ(g′−r′)에서 약한 상관관계는 초기 가스 제거 가능성을 시사한다.
• 다중 성분 피팅에서의 구조적 복잡성(성분 수)은 절대 r′-대역 등급(또는 은하 질량)과 함께 증가하며, Mr′ ≈ −14에서 −19 mag 범위(로그10(M*/M☉) ≈ 7.5–9.7)에서 최고에 이르며, 이 경향은 포르나그스, 비르고, 필드 모두에서 일관되게 관찰된다.
• 모든 세 환경에서 관측된 구조적 복잡성과 은하 질량 간의 강력한 상관관계는 질량이 형태 구조 형성의 주요 추진력이며, 환경는 주요 요인가 아니라는 것을 시사한다.
• 포르나그스 주 클러스터와 포르나그스 A 군집 간 잔차 g′−r′ 및 Δ(g′−r′)의 차이는 램 압력 제거와 조우 상호작용이 군집 내 전처리 메커니즘으로서 핵심적인 역할을 한다는 것을 시사한다.