[論文レビュー] Interactions and Mergers of Cluster Galaxies

J. Christopher Mihos|arXiv (Cornell University)|May 27, 2003

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 2被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、特に降着中のグループを通じて、高いクラスタ速度分散があるにもかかわらず、銀河の相互作用や合体がどのように進化過程を駆動するかを調査する。ゆっくりとした遭遇が降着中のグループで可能になることで、顕著な動力学的および星形成反応が生じる一方、潮汐的剥ぎ取りとハラシオンは、イントラクラスターライト（ICL）を形作り、深紫外画像によってICLの部分構造が明らかになり、それがクラスタの動的年齢や合体歴を示していることが判明した。

ABSTRACT

The high-density environment of galaxy clusters is ripe for collisional encounters of galaxies. While the large velocity dispersion of clusters was originally thought to preclude slow encounters, the infall of smaller groups into the cluster environment provides a mechanism for promoting slow encounters and even mergers within clusters. The dynamical and star-forming response of galaxies to a close encounter depends on both their internal structure and on the collisional encounter speed -- fast encounters tend to trigger modest, disk-wide responses in luminous spirals, while slow encounters are more able to drive instabilities that result in strong nuclear activity. While the combined effects of the cluster tidal field and ram pressure stripping make it difficult for individual cluster galaxies to participate in many merger-driven evolutionary scenarios, infalling groups represent a natural site for these evolutionary processes and may represent a "preprocessing" stage in the evolution of cluster galaxies. Meanwhile, the efficiency of tidal stripping also drives the formation of the diffuse intracluster light in galaxy clusters; deep imaging of clusters is beginning to reveal evidence for significant substructure in the intracluster light.

研究の動機と目的

• 高密度なクラスタ環境における銀河相互作用や合体の役割を再評価し、長年にわたり広く信じられてきた『高速の遭遇は顕著な進化をもたらさない』という見解に挑戦する。
• 降着中のグループがクラスタ銀河の『事前処理』環境を提供する仕組みを調査し、クラスタコアでは不可能なゆっくりで強い相互作用が可能になる仕組みを明らかにする。
• 深紫外画像と表面等輝度測定を用いて、潮汐的剥ぎ取り、ICL形成、クラスタの動的状態との関連を検討する。
• 惑星状星雲がICLの部分構造と動的緩和状態を示す動的トレーサーとしての可能性を評価する。

提案手法

• 標準パラメータ下で、$N \approx n\sigma\upsilon t$ に基づくレートの議論を用いて、クラスタ内銀河の近接遭遇回数を推定する。ここで $\sigma = \pi r_p^2$ かつ $\upsilon = \sqrt{2}\sigma_\upsilon$ である。
• インパルス的遭遇によるエネルギー入力を $\Delta E/E \sim r_p^{-2}$ を用いて分析し、繰り返しの高速遭遇（銀河ハラシオン）が、そのインパルス的性質にもかかわらず、顕著な加熱を引き起こす可能性を示す。
• 数値シミュレーション（例：Gnedin 2003）を用いて、異なる宇宙論的条件下でのシミュレーテッドクラスタ内の遭遇レートと速度分布をモデル化する。
• スカイラインの汚染を最小限に抑えるためにワシントンMフィルタを用いた深紫外画像調査を実施し、フラットフィールディングの精度を向上させ、$\mu_V = 26.5$ mag arcsec$^{-2}$ でSNR=5、$\mu_V = 28.3$ mag arcsec$^{-2}$ でSNR=1を達成した。
• STSDASのellipseパッケージを用いて、cD銀河の滑らかなエンベロープを差し引くとともに、アベル1413、MKW 7、アベル1914などのクラスタでICLの部分構造を検出する。
• イントラクラスターライトの運動学的性質を調査し、動的非均質性の有無を検証するため、ICL内惑星状星雲の発光線調査を実施し、表面等輝度測定の代替手法を提供する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高いクラスタ速度分散があるにもかかわらず、ゆっくりで強い相互作用や合体が銀河クラスタで起こり得るか？
• RQ2 降着中のグループが、クラスタコアでは不可能な相互作用を可能にする『事前処理』環境として、どの程度機能するか？
• RQ3 潮汐的剥ぎ取りは、銀河クラスタ内でのイントラクラスターライト（ICL）の形成と部分構造にどのように寄与するか？
• RQ4 ICLの部分構造は、クラスタの動的年齢や合体歴を示すトレーサーとして機能できるか？
• RQ5 イントラクラスターライトの運動学的制約を、深紫外表面等輝度測定と補完的に提供するため、惑星状星雲が有効であるか？

主な発見

• 標準パラメータ下で、コマ型クラスタでは、典型的なクラスタ銀河が生涯に数回の近接遭遇を経験することが推定され、$N \approx 4$ となる。
• 高速の遭遇速度があるにもかかわらず、繰り返しの高速遭遇（銀河ハラシオン）は、低光度銀河や低密度コアを持つ銀河では顕著な加熱と進化を引き起こす可能性がある。
• 内部速度分散が小さい降着中のグループでは、ゆっくりで強い相互作用が可能となり、強い核活動や不安定性を引き起こすことが判明し、クラスタ内で合体がまれであるという見解に疑問を呈する。
• 深紫外画像により、不規則なバウツ＝モーガン型IIIクラスタ（例：アベル1914）に顕著なICLの部分構造が確認され、ファン型のプラウムや拡散性のストリームが観測され、継続的または最近の合体を示唆している。
• cD銀河支配のクラスタ（例：アベル1413、MKW 7）では、ICLの部分構造がほとんど認められず、より緩和され、動的に進化した状態であると一致する。
• 高度なフラットフィールディングおよびマスキング技術を用いることで、$\mu_V = 28.3$ mag arcsec$^{-2}$ よりも明るさが弱い領域でのICL検出が可能となり、部分構造解析を確立する基盤が得られた。