[논문 리뷰] The spatially resolved star formation history of mergers: A comparative study of the LIRGs IC1623, NGC6090, NGC2623, and Mice

C. Cortijo-Ferrero, R. M. González Delgado외 9명|White Rose Research Online (University of Leeds, The University of Sheffield, University of York)|2017. 07. 17.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 83인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 CALIFA와 PMAS의 적층형 분광계 데이터를 이용해 네 개의 국지적 LIRG 병합은하(IC1623, NGC6090, NGC2623, Mice)의 별 형성 역사를 30 Myr, 300 Myr, 1 Gyr의 시간스케일에서 공간적으로 해상도를 확보한 스펙트럼 피팅을 통해 재구성한다. 초기 단계의 병합은하에서는 최근 30 Myr 동안 강한, 공간적으로 확장된 별 형성 강화(2–7배)를 보이며, 이는 NGC2623는 1 Gyr에 걸쳐 지속되는 중심 강화를 보이지만 고해상도 시뮬레이션과 일치하는 반면, Mice는 낮은 가스 분율과 공전 궤도로 인해 별 형성이 억제됨을 확인한다.

ABSTRACT

This paper presents the spatially resolved star formation history (2D-SFH) of a small sample of four local mergers: the early-stage mergers IC1623, NGC6090, and the Mice, and the more advanced merger NGC2623, by analyzing IFS data from the CALIFA survey and PMAS in LArr mode. Full spectral fitting techniques are applied to the datacubes to obtain the spatially resolved mass growth histories, the time evolution of the star formation rate intensity ($Σ_{SFR}$), and the local specific star formation rate, over three different timescales (30 Myr, 300 Myr, and 1 Gyr). The results are compared with non-interacting Sbc--Sc galaxies, to quantify if there is an enhancement of the star formation and to trace its time scale and spatial extent. Our results for the three LIRGs (IC1623W, NGC6090, and NGC2623) show that a major phase of star formation is occurring in time scales of 10$^{7}$ yr to few 10$^{8}$ yr, with global SFR enhancements of $\sim$2--6 with respect to main-sequence star forming (MSSF) galaxies. In the two early-stage mergers IC1623W and NGC6090, which are between first pericenter passage and coalescence, the most remarkable increase of the SFR with respect to non-interacting spirals occurred in the last 30 Myr, and it is spatially extended, with enhancements of factors 2--7 both in the centres ($r $ 1 HLR). In the more advanced merger NGC 2623 an extended phase of star formation occurred on a longer time-scale of $\sim$1 Gyr, with a SFR enhancement of a factor $\sim$2--3 larger than the one in Sbc--Sc MSSF galaxies over the same period, probably relic of the first pericenter passage epoch. A SFR enhancement in the last 30 Myr is also present, but only in NGC2623 centre, by a factor 3. In general, the spatially resolved SFHs of the LIRG-mergers are consistent with the predictions from high spatial resolution simulations.

연구 동기 및 목표

• 공간적으로 해상도를 확보한 분광계를 이용해 국지적 LIRG 병합은하에서 별 형성의 공간적 및 시간적 변화를 정량화하기 위해.
• 병합에서 발생하는 별 형성 강화가 공간적으로 확장되어 있는지 중심에 집중되어 있는지, 그리고 어떤 시간스케일에서 발생하는지 규명하기 위해.
• 관측된 별 형성 역사를 고해상도 유체역학적 시뮬레이션의 예측과 비교하기 위해.
• 가스 함량과 궤도 매개변수의 역할이 병합 시스템에서 스타버스트를 유도하거나 억제하는 데 어떤 영향을 미치는지 조사하기 위해.
• 다양한 병합 단계를 포함한 샘플에서 공간적으로 해상도를 확보한 SFH를 이용해 현재의 병합 모델의 타당성을 평가하기 위해.

제안 방법

• IC1623, NGC6090, NGC2623, Mice 네 개의 국지적 병합은하에 대해 CALIFA 조사와 PMAS의 LArr 모드에서 IFS 데이터 확보.
• 156개의 나이(1 Myr에서 14 Gyr까지)와 네 가지 금속도(0.2–1.6 Z☉)를 포함하는 단일 별집단 모델(Vazdekis 등 2010; González Delgado 등 2005)을 조합하여 starlight 코드를 이용한 전체 스펙트럼 피팅 적용.
• pycasso 파ip라인을 통한 스펙트럼 피팅 결과 처리를 통해 반경과 시간에 따른 별 형성률(SFR), 특별 별 형성률(sSFR), SFR 강도(ΣSFR)의 2차원 맵 생성.
• 30 Myr, 300 Myr, 1 Gyr의 세 가지 시간스케일에서 공간적으로 해상도를 확보한 SFH 유도하여 최근 및 장기 별 형성 활동 분석 가능.
• 병합 영역의 SFR 및 sSFR을 비상호작용적인 Sbc–Sc 은하와 비교하여 강화 요인 정량화.
• 질량에 영향을 받지 않는 추적자로 sSFR을 사용하여 병합 유도 별 형성의 영향을 질량 증가와 분리하여 고려.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 초기 단계의 LIRG 병합은하에서 별 형성 강화의 공간적 범위와 시간스케일은 비상호작용 나선은하에 비해 어떻게 다를까?
• RQ2 다른 진화 단계(초기 vs. 고도화 단계)의 병합은하에서 SFR 및 sSFR 변화의 SFH는 어떻게 다를까?
• RQ3 관측된 공간적으로 해상도를 확보한 SFH가 고해상도 유체역학적 시뮬레이션의 예측과 어느 정도 일치하는가?
• RQ4 Mice 시스템은 병합을 겪었음에도 불구하고 왜 별 형성이 억제되는가? 그 가스 함량과 궤도 매개변수는 이에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 궤도 기하학(예: 공전 궤도)과 가스 가용성은 병합 유도 스타버스트의 강도와 분포에 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• IC1623W와 NGC6090의 초기 단계 병합은하에서는 최근 30 Myr 동안 가장 두드러진 SFR 강화(2–7배)가 발생했으며, 이는 중심 영역(r < 0.5 HLR)과 외부 디스크(r > 1 HLR) 모두에 영향을 미치는 공간적으로 확장된 형태였다.
• 더 고도화된 병합은하인 NGC2623의 경우 약 1 Gyr 지속되는 장기적인 별 형성 단계로 인해 SFR 강화가 약 2–3배로 나타났으며, 최근 30 Myr 동안 중심 영역에서 SFR 피크(3배 강화)가 추가로 관측되었다.
• IC1623, NGC6090, NGC2623의 세 LIRG 병합은하의 공간적으로 해상도를 확보한 SFH는 고해상도 시뮬레이션과 일치하며, 최초의 근처 통과 후 확장된 스타버스트와 융합 후 핵부분의 폭발적 별 형성 강화를 보여준다.
• 특히 Mice B에서 관측된 Mice 시스템은 제어용 나선은하에 비해 별 형성이 억제되어 있으며, 낮은 가스 분율과 공전 궤도 구성으로 인해 현재의 모델에 도전한다.
• 최근 30 Myr 동안 sSFR 강화는 IC1623W에서 가장 높았으며(2–7배), 300 Myr 시간스케일에서도 IC1623W가 가장 강한 강화를 보이며 최근 강한 폭발적 별 형성의 흔적을 보인다.
• 오직 NGC2623만 최근 1 Gyr 동안에 질량 증가가 뚜렷했으며, 중심부에서는 3배, 디스크 영역에서는 2배의 강화를 보이며 장기적인 병합 유도 별 형성 이벤트의 흔적을 보인다.