[논문 리뷰] The uneven sisters I, NGC 4388 - a strongly constrained ram pressure stripping event

B. Vollmer, C. Pappalardo외 2명|arXiv (Cornell University)|2018. 09. 11.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 42인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 H I, Hα, FUV, 편광된 무선 연속기, 그리고 깊은 광학 스펙트럼을 포함한 다중 파장 관측 자료와 3차원 유체역학 시뮬레이션을 융합하여 램 압력 제거 사건의 특성을 규명한다. 연구 결과, 은하가 약 240 Myr 전에 디스크에 대해 30°의 풍향으로 최고의 램 압력을 경험했으며, 현재 관측되는 비대칭성은 지속적인 제거가 아니라 제거 이후 기체가 재정렬되는 결과로 발생한다.

ABSTRACT

Since the Virgo cluster is the closest galaxy cluster in the northern hemisphere, galaxy interactions can be observed in it with a kpc resolution. The spiral galaxy NGC 4388 underwent a ram pressure stripping event ~200 Myr ago caused by its highly eccentric orbit within the Virgo cluster. This galaxy fulfills all diagnostic criteria for having undergone active ram pressure stripping in the recent past: a strongly truncated HI and Halpha disk, an asymmetric ridge of polarized radio continuum emission, extended extraplanar gas toward the opposite side of the ridge of polarized radio continuum emission, and a recent (a few 100 Myr) quenching of the star formation activity in the outer, gas-free galactic disk. We made dynamical simulations of the ram pressure stripping event to investigate the influence of galactic structure on the observed properties of NGC 4388. The combination of a deep optical spectrum of the outer gas-free region of the galactic disk together with deep HI, Halpha, FUV, and polarized radio continuum data permits to constrain numerical simulations to derive the temporal ram pressure profile, the 3D velocity vector of the galaxy, and the time since peak ram pressure with a high level of confidence. From the simulations an angle between the ram pressure wind and the galactic disk of 30 degrees is derived. The galaxy underwent peak ram pressure ~240 Myr ago. The observed asymmetries in the disk of NGC 4388 are not caused by the present action of ram pressure, but by the resettling of gas that has been pushed out of the galactic disk during the ram pressure stripping event. For the detailed reproduction of multi-wavelength observations of a spiral galaxy that undergoes or underwent a ram pressure stripping event, galactic structure, i.e. spiral arms, has to be taken into account.

연구 동기 및 목표

• 다중 파장 관측 자료를 활용하여 NGC 4388에서 최근 발생한 램 압력 제거 사건의 시기, 기하학적 구조, 램 압력 프로파일을 제약하는 것.
• 특히 나선형 팔이 램 압력 제거 중에 기체가 제거되는 형태와 운동학에 미치는 영향을 조사하는 것.
• H I, Hα, FUV, 편광된 무선 방출, 광학 스펙트럼 등의 관측 제약 조건을 수치 시뮬레이션과 조율하는 것.
• NGC 4388의 3차원 속도 벡터와 최고 램 압력 이후 경과한 시간을 높은 신뢰도로 규명하는 것.
• 관측된 NGC 4388의 비대칭성이 현재의 램 압력 때문인지, 아니면 과거 사건의 잔여 효과 때문인지 평가하는 것.

제안 방법

• 다양한 램 압력 프로파일과 풍향을 고려한 NGC 4388의 간성간 매질(ISM)에 대한 3차원 유체역학 시뮬레이션을 수행한다.
• 은하의 운동 방향에 대해 나선형 팔의 정렬 방향을 변화시켜 기체 제거 형태에 미치는 영향을 평가한다.
• 자기장 진화와 동기광 방출을 통합하여 편광된 무선 연속기 방출을 모델링한다.
• 모의된 H I, Hα, FUV 및 편광된 무선 지도를 깊은 암시자료 관측 결과와 비교하여 최적의 일치 모델을 식별한다.
• 외부 기체 없는 디스크의 깊은 광학 스펙트럼에 별성분 합성 모델을 적용하여 별 형성 억제 이후 경과한 시간를 제약한다.
• 10종의 시뮬레이션 변형을 체계적으로 비교하여 관측 제약 조건을 가장 잘 만족하는 모델을 식별한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC 4388에서 최고 램 압력 이후 경과한 시간는 얼마이며, 외부 디스크의 별 형성 억제 시기와 어떻게 일치하는가?
• RQ2 NGC 4388의 3차원 속도 벡터는 은하간 매질에 대해 어떻게 되며, 램 압력 풍향과 은하 디스크 사이의 각도는 얼마인가?
• RQ3 나선형 팔이 제거된 H I 꼬리와 편광된 무선 방출의 형태와 운동학에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ4 관측된 H I 및 무선 연속기 구조의 비대칭성은 현재의 램 압력 때문인지, 아니면 제거 이후 기체가 회복되는 과정 때문인가?
• RQ5 관측된 H I 꼬리 길이와 제거 시간 스케일을 설명하기 위해 열전도도가 어느 정도 억제되어야 하는가?

주요 결과

• 최고의 램 압력은 약 240 Myr 전에 발생했으며, 최고 압력은 8.3 × 10⁻¹¹ dyne cm⁻²였다.
• 최적의 일치 시뮬레이션에 기반해 램 압력 풍향과 은하 디스크 사이의 각도는 30°로 제약되었다.
• NGC 4388의 3차원 속도 벡터는 (0.11, -0.69, 0.72)이며, 은하간 매질에 대해 약 2200 km s⁻¹의 총 속도를 가진다.
• 외부 기체 없는 디스크에서 별 형성 억제 이후 경과한 시간는 약 200 Myr로, 최고 램 압력 이후 경과한 시간보다 약간 어린 편이다.
• H I 꼬리 길이, H I 비대칭성, 편광된 무선 고리 등 대부분의 관측 제약 조건을 재현하는 데 성공한 것은 기울기가 75°인 두 개의 시뮬레이션(모델 9 및 10) 뿐이었다.
• 열전도도가 25~50배 정도 억제된 조건에서, 약 200 Myr의 제거 시간 스케일을 가지는 저열량 밀도의 H I 꼬리가 관측된 것과 일치한다.