[논문 리뷰] The GALEX Ultraviolet Virgo Cluster Survey (GUViCS). IV: The role of the cluster environment on galaxy evolution

A. Boselli, E. Voyer외 9명|Durham Research Online (Durham University)|2014. 07. 18.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 144인용 수 76

한 줄 요약

이 연구는 UV에서 라디오 영역에 걸쳐 868개의 은하를 대상으로 한 GUViCS 조사 자료를 바탕으로 버지오 은하군 환경이 은하 진화에 미치는 영향을 조사한다. 분석 결과, 질량이 큰 은하는 초기 주요 합성으로 형성된 느린 회전 은하(스피드 레이터)이며, 저질량의 별 형성 중인 왜소 은하는 유입 시 램 압력 제거에 의해 빠르게 꺼지며, 운동학적 특성에 영향을 주지 않고 안정된 적색 왜소 은하로 전환된다—이로써 버지오 중심부의 조밀한 적색 시퀀스가 설명된다.

ABSTRACT

We study the role of the environment on galaxy evolution using a sample of 868 galaxies in the Virgo cluster and in its surrounding regions selected from the GUViCS Survey with the purpose of understanding the origin of the red sequence in dense environments. We collected multifrequency data covering the whole electromagnetic spectrum for most of the galaxies. We identify the different dynamical substructures composing the Virgo cluster and we calculate the local density of galaxies using different methods. We then study the distribution of galaxies belonging to the red sequence, the green valley, and the blue cloud within the different cluster substructures. Our analysis indicates that all the most massive galaxies are slow rotators and are the dominant galaxies of the different cluster substructures generally associated with a diffuse X-ray emission. They are probably the result of major merging events that occurred at early epochs. Slow rotators of lower stellar mass are also preferentially located within the different high-density substructures of the cluster. They are virialised within the cluster, thus Virgo members since its formation. They have been shaped by gravitational perturbations occurring within the infalling groups that later formed the cluster. On the contrary, low-mass star-forming systems are extremely rare in the inner regions of the Virgo cluster A, where the density of the intergalactic medium is at its maximum. Our ram pressure stripping models consistently indicate that these star-forming systems can be rapidly deprived of their interstellar medium during their interaction with the intergalactic medium. The lack of gas quenches their star formation activity transforming them into quiescent dwarf ellipticals. This mild transformation does not perturb the kinematic properties of these galaxies which still have rotation curves typical of star-forming systems.

연구 동기 및 목표

• 버지오 은하군에서의 환경적 요인들이 은하 진화에 미치는 영향을 이해하며, 특히 밀도가 높은 환경에서의 적색 시퀀스 기원을 밝히는 것.
• 은하군 내 은하 꺼짐이 주로 램 압력 제거, 기아 상태, 또는 유입 전 단계의 군집에서의 사전 처리에 의해 발생하는지 규명하는 것.
• 초기형 은하의 형성 메커니즘을 구분하는 것: 질량이 큰 체계의 경우 주요 합성(합성 잔여물), 저질량 체계의 경우 환경적 꺼짐.
• 역운동적 구조물과 국소 은하 밀도가 색-등급도 다이어그램 상의 은하 분포에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 환경적 전환 과정 중 운동학적 특성(예: 회전곡선)이 유지되는지, 특히 꺼진 왜소 은하에서 어떻게 변화하는지 조사하는 것.

제안 방법

• 868개의 버지오 은하군 은하에 대해 GALEX(자외선), 광학, 중간 및 적외선, 광학/HI 스펙트로스코피의 다주파수 데이터를 분석하였다.
• 속도 및 공간 분포를 이용해 버지오 내 역운동적 구조를 식별하고, 다양한 방법을 통해 국소 은하 밀도를 정량화하였다.
• 자외선-광학 색-등급도 다이어그램을 기반으로 은하를 적색 시퀀스, 초록 밴드, 파란 클라우드로 분류하였다.
• 유체역학 시뮬레이션을 사용해 램 압력 제거를 모델링하여, 별 형성 중인 왜소 은하에서 가스 제거에 소요되는 시간 스케일을 추정하였다.
• 운동학 데이터(회전곡선, 속도 분산)를 활용해 은하를 느린 회전체(합성 잔여물)와 빠른 회전체(디스크형 체계)로 분류하였다.
• 기아 상태(유입 차단)와 램 압력 제거가 꺼짐 시간 스케일에 미치는 영향을 비교하였으며, 가스 고갈이 약 100억 년 전에 시작된 것으로 가정하였다.

Figure 1: Sky distribution of the GUViCS galaxies with recessional velocity $vel$ $\leq$ 3500 km s -1 . Red, green, and blue symbols are for galaxies located in the red sequence, green valley, and blue cloud, respectively (see Sect. 5). The size of the symbols is proportional to the stellar mass of

실험 결과

연구 질문

• RQ1 버지오 은하군 중심부의 저질량 은하에서 별 형성 꺼짐을 이끄는 주요 메커니즘은 무엇인가?
• RQ2 꺼진 왜소 은하의 운동학적 특성은 별 형성 중인 동료 은하와 비교해 어떻게 다른가? 이는 전환 과정에서 회전 구조가 유지되는지를 시사하는가?
• RQ3 주요 합성과 유입 전 단계의 군집에서의 사전 처리가 버지오의 질량이 큰 초기형 은하 형성에 얼마나 기여하는가?
• RQ4 관측된 적색, 초록 밴드, 파란 클라우드 은하의 분포가 국소 밀도와 구조물 소속과 어떻게 관련되어 있는가?
• RQ5 기아 상태만으로 관측된 은하군 꺼짐을 설명할 수 있는가, 아니면 램 압력 제거가 더 효과적인 메커니즘인가?

주요 결과

• 모든 질량이 $M_{\star} \gtrsim 10^{11} M_\odot$ 인 거대 은하는 느린 회전체이며, 이는 초기 시기에 주요 합성 사건을 통해 형성되었음을 시사한다.
• 저질량의 별 형성 중인 은하는 버지오 A 중심부에서 매우 희귀하며, 이는 고밀도 간성간 매질에서 빠른 환경적 꺼짐이 일어나고 있음을 의미한다.
• 램 압력 제거 모델은 왜소 은하의 가스가 약 $\sim$1 Gyr 내에 제거될 수 있음을 보여주며, 이는 은하가 외곽에서 중심부로 $\sim$1000 km s$^{-1}$ 속도로 이동하는 데 걸리는 시간 스케일과 일치한다.
• 별 형성 중인 왜소 은하가 램 압력 제거를 통해 꺼진 후 안정된 적색 왜소 은하로 전환되는 과정에서 회전곡선이 유지되며, 이는 운동학적 붕괴가 최소한으로 일어남을 시사한다.
• 기아 상태 모델은 심지어 가스 유입이 100억 년 전에 멈췄다고 가정하더라도 꺼짐 효과가 극히 미미하며, 따라서 관측된 버지오의 적색 시퀀스를 설명할 수 없다.
• 적색 시퀀스의 낮은 밝기 부분은 장기간의 기아 상태나 사전 처리가 아니라, 최근에 램 압력 제거에 의해 꺼진 왜소 은하에 의해 주로 구성되어 있을 가능성이 높다.

Figure 2: Left: The extinction corrected $NUV-i$ (AB system) vs. $M_{star}$ relation for all galaxies of the sample. Red symbols are for early-type systems (dE-E-S0a), dark and light blue symbols for gas normal ( $HI-def$ $\leq$ 0.4) and gas-deficient ( $HI-def$ $>$ 0.4) late-type galaxies (Sa-Im-BC