[논문 리뷰] New CO observations and simulations of the NGC 4438/NGC 4435 system

B. Vollmer, J. Braine외 2명|arXiv (Cornell University)|2005. 07. 11.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 2인용 수 13

한 줄 요약

이 연구는 NGC 4438/NGC 4435 시스템의 새로운 CO(1–0) 관측과 유체역학 시뮬레이션을 제시하며, 간섭에 의해 강화된 램 압력 스트리핑이 주로 외부 평면 분자 가스, 이중 선형 프로파일, 그리고 파장 이동된 방출을 이끄는 것으로 밝혀졌다. 시뮬레이션은 NGC 4438가 지난 100 Myr 동안 바이르고 은하단 중심을 최초로 통과하고 있으며, 램 압력 스트리핑이 발생하고 있음을 확인한다. 반면 북쪽 tidal 팔의 밀도 높은 분자 구름들은 자가중력과 X선 가열 덕분에 생존한다.

ABSTRACT

NGC 4438 is a highly perturbed spiral with a stellar tidal tail and extraplanar molecular gas, now very HI deficient, crossing the center of the Virgo cluster at high speed. Various authors have attributed the perturbed appearance to the ram pressure of the intracluster medium, the tidal interaction with NGC 4435, and an ISM-ISM collision between the ISM of NGC 4438 and NGC 4435. We present new CO observations covering virtually all of NGC 4438 and the center of NGC 4435 and detailed simulations including all of the above effects. For the first time CO is detected in NGC 4435. In NGC 4438 we find double line profiles at distances up to 40" to the west and south-west and redshifted lines with respect to galactic rotation in the south of the center. The lack of gas to the North and East coupled with the large gaseous extent to the West and the redshifted and double line profiles can only be reproduced with a ram pressure wind. NGC 4438 is most probably on its first passage through the cluster center and has been stripped of its HI only over the past 100 Myr. While an ISM-ISM collision between NGC 4435 and NGC 4438 may occur, the effect is not significant compared to ram pressure and tidal forces, not surprising for the passage of an S0 galaxy 5-10 kpc from the center of NGC 4438. We also detect narrow CO lines, in the absence of detected HI, in the northern tidal arm some 15 kpc from the center of NGC 4438. This can be understood from the simulations assuming a few percent of the gas is too dense to experience the ram pressure wind. NGC 4438 has changed greatly over the past 100 Myr due to its plunge through the center of the Virgo cluster and the interaction with the S0 NGC 4435.

연구 동기 및 목표

• NGC 4438의 외부 평면 분자 가스와 운동학적 비대칭성을 이끄는 주요 물리적 메커니즘을 규명하기 위해.
• 램 압력 스트리핑, 타이드 상호작용, 그리고 ISM-ISM 충돌이 NGC 4438와 NGC 4435의 ISM를 형성하는 데 기여하는 상대적 역할을 규명하기 위해.
• 북쪽 타이드 팔의 밀도 높은 분자 구름이 자가중력과 X선 가열 덕분에 램 압력 스트리핑을 생존할 수 있는지 테스트하기 위해.
• 관측 및 시뮬레이션된 운동학을 이용해 NGC 4438가 바이르고 은하단 중심을 통과한 시기와 궤도 파rameter를 제약하기 위해.

제안 방법

• IRAM 30m 망원경을 사용해 NGC 4438의 거의 전역과 NGC 4435의 중심부를 커버하는 새로운 12 CO(1–0) 관측을 수행하였다.
• 유체역학 시뮬레이션을 수행하여 램 압력, 타이드 힘, ISM-ISM 충돌 효과를 포함하여 각각의 기여도를 분리하여 가스 형태와 운동학에 미치는 영향을 분석하였다.
• 100 Myr 전에 5–10 kpc의 영향 반경으로 후퇴 운동을 가정하여, 타이드 상호작용을 시험 입자 코드로 모델링하였다.
• X선 관측과 일치하는 약 ~10⁻³ cm⁻³의 ICM 밀도를 가진 램 압력 힘을 포함하여 은하단 통과 중 가스 스트리핑을 시뮬레이션하였다.
• 자가중력, X선 가열, C II 및 O I 선을 통한 냉각을 가정하여 타이드 팔의 밀도 높은 분자 구름의 안정성을 모델링하였다.
• 시뮬레이션된 선형 프로파일과 가스 분포를 관측된 CO 및 Hα 운동학과 비교하여 물리적 시나리오의 타당성을 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC 4438의 서쪽 지역에서 관측된 외부 평면 CO 방출과 이중 선형 프로파일을 가장 잘 설명하는 물리적 메커니즘은 무엇인가?
• RQ2 램 압력 스트리핑이 분자 가스 분포를 형성하는 데 타이드 상호작용과 ISM-ISM 충돌보다 얼마나 지배적인가?
• RQ3 밀도 높은 분자 구름이 램 압력 스트리핑을 생존할 수 있으며, 만약 그렇다면 어떤 조건에서 생존하는가?
• RQ4 NGC 4438가 바이르고 은하단 중심을 통과한 시기와 궤도 역사는 무엇인가?
• RQ5 HI가 없음에도 불구하고 NGC 4438 중심에서 15 kpc 떨어진 북쪽 타이드 팔에서 CO가 검출되는 이유는 무엇인가?

주요 결과

• NGC 4435에서 처음으로 CO가 검출되어 그 분자 가스 함량이 확인되었다.
• 외부 평면 분자 가스는 NGC 4438 중심에서 서쪽으로 최대 1.5′ (약 1.5 kpc)까지 연장되며, 서쪽과 서남쪽으로 최대 40″ (약 1.5 kpc) 거리에서 이중 선형 프로파일을 보인다.
• 남쪽 지역의 선들은 은하 회전에 비해 체계적으로 빨간색 이동되어 있으며, 이는 램 압력 스트리핑의 징후이다.
• 북동쪽 방향으로 CO 방출 부재와 가스의 광범위한 서쪽 연장은 타이드 힘만으로는 설명되지 않으며, 램 압력 바람에 의해 가장 잘 재현된다.
• 자기중력과 X선 가열 덕분에 북쪽 타이드 팔(중심에서 15 kpc)의 밀도 높은 분자 구름이 램 압력 스트리핑을 생존하며, 총 질량은 약 ~7×10⁷ M⊙이다.
• 시뮬레이션 결과 램 압력 스트리핑이 주요 메커니즘이며, 타이드 상호작용이 스트리핑을 강화하고, 큰 영향 반경(~5–10 kpc)으로 인해 ISM-ISM 충돌은 최소한의 영향을 미친다.