[논문 리뷰] The Mice at play in the CALIFA survey: A case study of a gas-rich major merger between first passage and coalescence

Vivienne Wild, F. F. Rosales-Ortega외 44명|arXiv (Cornell University)|2014. 05. 30.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 131인용 수 26

한 줄 요약

이 연구는 CALIFA 설문 조사에서 수행된 가스가 풍부한 주요 병합의 세밀한 관측 분석을 제시하며, 최초의 통과에서 융합까지의 과정을 추적한다. 적층 영역 분광법을 사용하여 강한 항성 형성, tidal 특징 및 운동학적 교란을 규명하였으며, 시뮬레이션은 약 22억 년 후에 특정 항성 형성률 5×10⁻¹² yr⁻¹을 가진 침묵하는 타원은하 잔여물로의 진화를 예측한다.

ABSTRACT

We present optical integral field spectroscopy (IFS) observations of the Mice, a major merger between two massive (>10^11Msol) gas-rich spirals NGC4676A and B, observed between first passage and final coalescence. The spectra provide stellar and gas kinematics, ionised gas properties and stellar population diagnostics, over the full optical extent of both galaxies. The Mice provide a perfect case study highlighting the importance of IFS data for improving our understanding of local galaxies. The impact of first passage on the kinematics of the stars and gas has been significant, with strong bars likely induced in both galaxies. The barred spiral NGC4676B exhibits a strong twist in both its stellar and ionised gas disk. On the other hand, the impact of the merger on the stellar populations has been minimal thus far: star formation induced by the recent close passage has not contributed significantly to the global star formation rate or stellar mass of the galaxies. Both galaxies show bicones of high ionisation gas extending along their minor axes. In NGC4676A the high gas velocity dispersion and Seyfert-like line ratios at large scaleheight indicate a powerful outflow. Fast shocks extend to ~6.6kpc above the disk plane. The measured ram pressure and mass outflow rate (~8-20Msol/yr) are similar to superwinds from local ULIRGs, although NGC4676A has only a moderate infrared luminosity of 3x10^10Lsol. Energy beyond that provided by the mechanical energy of the starburst appears to be required to drive the outflow. We compare the observations to mock kinematic and stellar population maps from a merger simulation. The models show little enhancement in star formation during and following first passage, in agreement with the observations. We highlight areas where IFS data could help further constrain the models.

연구 동기 및 목표

• 가스가 풍부한 주요 병합의 초기 상호작용 단계 동안 천체역학적 및 항성 형성 진화를 조사하기 위해.
• 병합 시스템에서 나타나는 tidal 특징과 교란된 기체의 형태학적 및 운동학적 특징을 규명하기 위해.
• 유체역학 시뮬레이션을 사용하여 융합 후 잔여물의 진화를 모델링하기 위해.
• 최종 상태가 국소 은하 집단 통계, 특히 질량과 항성 형성률 측면에서 어떻게 비교되는지 평가하기 위해.
• 가스 소모와 피드백이 항성 폭발 시스템에서 침묵하는 타원은하로의 전환 과정에서 어떤 역할을 하는지 평가하기 위해.

제안 방법

• CALIFA 설문 조사의 적층 영역 분광법(IKS) 데이터를 활용하여 공간적으로 해상도가 높은 운동학, 항성 집단 및 이온화 기체 방출을 매핑하기 위해.
• 스털러 및 기체 성분을 분리하기 위해 영상 분해 기법을 적용하였으며, 모델링에 있어 D. 가도티의 지원을 받았다.
• 융합 후 약 22억 년 동안의 병합 진화를 예측하기 위해 유체역학적 N-체 시뮬레이션을 수행하였다.
• 모의 잔여물이 국소 거대 은하들과 비교될 수 있도록 특정 항성 형성률(SFR/M*)을 핵심 진단 도구로 사용하였다.
• 항성 형성과 먼지 함량을 검증하기 위해 X선, 자외선 및 광학적 영상 측정치를 통합하였다.
• 공간 해상도를 향상시키기 위해 비드 스메어링 보정 및 PSF 역설계(이용: Tiny Tim 및 ACS PSF 모델)를 적용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 가스가 풍부한 주요 병합의 최초 통과 및 초기 융합 단계에서 운동학적 및 형태학적 특징은 어떻게 변화하는가?
• RQ2 상호작용 시스템의 현재 항성 형성률과 기체 함량은 무엇이며, 일반적인 거대 은하들과 비교해 보면 어떠한가?
• RQ3 다음 22억 년 동안 병합 잔여물은 항성 형성과 구조적 특성 측면에서 어떻게 진화하는가?
• RQ4 모의 융합 후 상태가 국소 우주에서 거대 타원은하의 관측된 특성과 어느 정도 일치하는가?
• RQ5 충격과 피드백은 병합의 최종 단계에서 항성 형성을 억제하는 데 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 시스템은 최근의 최초 통과를 겪은 가스가 풍부한 주요 병합임을 시사하는 강력한 tidal 특징과 교란된 운동학을 나타낸다.
• 현재 항성 형성률은 높은 편이며, 총 항성 질량 약 1.8×10¹¹ M⊙을 보유하고 있어 국소 우주에서 가장 질량이 큰 은하 집단에 속한다.
• 병합 잔여물은 약 22억 년 후 특정 항성 형성률 5×10⁻¹² yr⁻¹을 가진 침묵하는 타원은하로 진화할 것으로 예측되며, 이는 국소 거대 은하들과 일치한다.
• 항성 형성 감소는 유체역학적 시뮬레이션에서 예측한 바와 같이 자연스럽게 기체 소모에 의해 유도된다.
• 이 질량의 은하 밀도는 약 몇 ×10⁻⁴ Mpc⁻³로 추정되어 드문 그러나 가능성이 있는 진화 경로임을 시사한다.
• 이 시스템의 특성은 발드리 등(2012)의 은하 질량 함수와 일치하여, 현재 진행 중인 거대하고 진화한 병합 잔여물로의 분류를 뒷받침한다.