[論文レビュー] Atomic gas far away from the Virgo cluster core galaxy NGC 4388. A possible link to isolated star formation in the Virgo cluster?

B. Vollmer, W. K. Huchtmeier|ArXiv.org|Apr 8, 2003

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 11被引用数 37

ひとこと要約

本稿では、バビュラ銀河団のNGC 4388から少なくとも20 kpcの東北方向に位置する、6×10⁷ M⊙の銀河外原子水素（H I）ガスの検出を報告する。このガスは、大きなHαプラウムと関連している。ラム圧ストリッピングモデルを用いて、ガスの形状と速度場を説明し、密度の高いストリップドH I雲が重力的に収縮して風から分離し、銀河ディスクから離れた場所で孤立した星形成によって、コンact H II領域を形成したと提案する。

ABSTRACT

We have discovered 6 10^7 M_{\odot} of atomic gas at a projected distance greater than 4' (20 kpc) from the highly inclined Virgo spiral galaxy NGC 4388. This gas is most probably connected to the very extended Hαplume detected by Yoshida et al. (2002). Its mass makes a nuclear outflow and its radial velocity a minor merger as the origin of the atomic and ionized gas very unlikely. A numerical ram pressure simulation can account for the observed HI spectrum and the morphology of the Hαplume. An additional outflow mechanism is still needed to reproduce the velocity field of the inner Hαplume. The extraplanar compact HII region recently found by Gerhard et al. (2002) can be explained as a stripped gas cloud that collapsed and decoupled from the ram pressure wind due to its increased surface density. The star-forming cloud is now falling back onto the galaxy.

研究の動機と目的

• バビュラ銀河団内のNGC 4388のディスクから遠く離れた場所に広がるHαおよびH I発光の起源を調査すること。
• 観測された銀河外ガスの形状と運動学を説明する要因として、ラム圧ストリッピング、小規模合体、または核部の噴出流のうち、どれが適切かを特定すること。
• 過酷な銀河間媒体に生存するストリップドガス雲内で、孤立した星形成が実際に可能かどうかを評価すること。
• NGC 4388がバビュラ銀河団のコア部を通過した過去の出来事におけるガスの力学的進化をモデル化すること。
• 銀河中心から17.5 kpcの位置に存在するコンパクトH II領域の起源を解明すること。この領域には3 MyrのO星集団が存在する。

提案手法

• 効エルスベルグ100m電波望遠鏡を用いて、5か所（銀河中心と東北、西北、西南、東南方向に1ビーム（9.3′）ずつずれた位置）で21-cm H Iライン観測を実施した。
• VLA CアレイのH Iデータ（分解能23′′×17′′、チャンネル間隔20 km/s）を用い、非中心位置のスペクトル合成を実施。効エルスベルグのビームサイズと一致させる。
• 観測されたH Iスペクトルおよび形状を、銀河の運動、ICM密度、重力ポテンシャルを含む数値的ラム圧ストリッピングシミュレーションと比較した。
• 過去120 Myr前に約2000 km/sの速度でコア通過が発生したと仮定し、ICM密度は約3×10⁻³ cm⁻³、最大ラム圧は5000 cm⁻³ (km/s)⁻²とした。
• 内側のHαプラウムにおけるブルーシフトした速度場を説明するため、追加の噴出メカニズムを組み込んだ。
• 蒸発と熱伝導モデルを用いて、雲の生存時間スケールを評価。自己重力およびストリップド雲内の加熱が低減されていることを考慮した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 4388中心から20 kpc以上離れた場所に検出された広がったH Iガスの起源は何か？
• RQ2 ラム圧ストリッピングのみで、H IおよびHαプラウムの形状と運動学を説明できるか？
• RQ3 銀河中心から17.5 kpcの位置に、3 MyrのO星集団を有するコンパクトH II領域が存在するが、その半径速度が150 km/sであるにもかかわらず、その理由は何か？
• RQ4 ストリップドガス雲が、高温の銀河間媒体に長期間生存し、大径方向の距離で星形成を起こすには、どのような物理的メカニズムが必要か？
• RQ5 密度の高いガス雲がラム圧風から分離するメカニズムは何か？その分離が、孤立した星形成を可能にする根拠は何か？

主な発見

• NGC 4388の東北方向に20 kpc以上離れた位置で、約6×10⁷ M⊙のH Iガスが検出され、これは大規模な銀河外ガス構造の存在を確認するものである。
• H Iの形状と速度場は、約120 Myr前に約2000 km/sの速度でコア通過が発生したと仮定したラム圧ストリッピングモデルにより良好に再現された。
• 衝突時の最大ラム圧は5000 cm⁻³ (km/s)⁻²と推定され、ICM密度は約3×10⁻³ cm⁻³、ディスク軌道の傾きは45°であった。
• 17.5 kpcの位置に存在するコンパクトH II領域は、重力的に収縮してラム圧風から分離した密度の高い自己重力H I雲が、今後銀河に戻る運動を示していると説明できる。
• 雲の生存は、飽和蒸発と低内部加熱のおかげで可能であり、中性状態を長期間維持でき、星形成が可能になったと考えられる。
• モデルは、孤立した星形成がストリップドガス雲で発生可能であることを支持しており、潮汐尾における球状星団形成と類似したプロセスである。