[論文レビュー] The Fornax Deep Survey (FDS) with the VST XI. The search for signs of preprocessing between the Fornax main cluster and Fornax A group

A. H. Su, H. Salo+16 more|arXiv (Cornell University)|Jan 14, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 134被引用数 7

ひとこと要約

本研究は、FornaxメインクラスタとFornax Aグループにおける銀河の環境的前処理を、582個の銀河の深紫外・可視光VST画像を用いて調査した。Fornax Aグループの銀河は、Fornaxメインクラスタの銀河と比較して、より青く、小さく、明るく、非対称性と塊の多さが顕著で、クラスタへの降着以前にグループ環境で顕著な環境的処理が既に行われていることを示唆している。構造的複雑性の主な駆動要因は環境ではなく、星の質量であることが判明した。

ABSTRACT

We investigate the structural properties of cluster and group galaxies by studying the Fornax main cluster and the infalling Fornax A group, exploring the effects of galaxy preprocessing in this showcase example. Additionally, we compare the structural complexity of Fornax galaxies to those in the Virgo cluster and in the field. Our sample consists of 582 galaxies from the Fornax main cluster and Fornax A group. We quantified the light distributions of each galaxy based on a combination of aperture photometry, Sérsic+PSF (point spread function) and multi-component decompositions, and non-parametric measures of morphology (Concentration $C$; Asymmetry $A$, Clumpiness $S$; Gini $G$; second order moment of light $M_{20}$), and structural complexity based on multi-component decompositions. These quantities were then compared between the Fornax main cluster and Fornax A group. The structural complexity of Fornax galaxies were also compared to those in Virgo and in the field. Overall, we find significant differences in the distributions of quantities derived from Sérsic profiles ($g'-r'$, $r'-i'$, $R_e$, and $\barμ_{e,r'}$), and non-parametric indices ($A$ and $S$) between the Fornax main cluster and Fornax A group. Moreover, we find significant cluster-centric trends with $r'-i'$, $R_e$, and $\barμ_{e,r'}$, as well as $A$, $S$, $G$, and $M_{20}$ for galaxies in the Fornax main cluster. We find the structural complexity of galaxies increases as a function of the absolute $r'$-band magnitude (and stellar mass), with the largest change occurring between -14 mag $\lesssim M_{r'}\lesssim$ -19 mag. This same trend was observed for galaxies in the Virgo cluster and in the field, which suggests that the formation or maintenance of morphological structures (e.g. bulges, bar) is largely dependent on the stellar mass of the galaxies, rather than their environment.

研究の動機と目的

• Fornax Aグループの銀河が、Fornaxメインクラスタへの降着の前に環境的前処理を受けるかどうかを調査すること。
• FornaxメインクラスタとFornax Aグループの銀河の構造的・形態的性質を比較し、早期の環境的変容の兆候を検出すること。
• 多成分光度的分解を用いて、銀河の質量と環境のどちらが構造的複雑性を形作るかを評価すること。
• 構造的パラメータと非パラメトリック指標の半径依存性を調べ、Fornaxメインクラスタ内での環境的影響を推察すること。
• Fornaxクラスタとフィールドの銀河の構造的複雑性を比較し、質量駆動型と環境駆動型の形態的進化を分離すること。

提案手法

• VSTデータを用いて、FornaxメインクラスタおよびFornax Aグループの582個の銀河に対して多バンド光度測定（g′, r′, i′）を実施した。
• Sérsicプロファイルフィッティングを適用し、効果的半径（Re）、表面輝度（μe）、色指数（g′−r′, r′−i′）を導出した。
• 非パラメトリックな形態的指標（集中度C、非対称性A、塊の多さS、ギニ係数G、M20）を計算し、光分布の不規則性を定量化した。
• 多成分光度的分解を実施し、構造的複雑性（例：バルジ、ディスク、バー）をモデル化し、各銀河の成分数を特定した。
• 半径方向の非対称性プロファイルと内側から外側への色差（Δ(g′−r′)）を生成し、内部の構造的勾配を調査した。
• Kolmogorov-Smirnov検定およびSpearmanの順位相関検定を用いて、分布の比較とホールォ中心からの距離依存性のトレンドを検出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Fornax Aグループの銀河は、Fornaxメインクラスタの銀河と比較して構造的・光度的性質に差を示すか。その差は、前処理の兆候であるか。
• RQ2 Fornaxメインクラスタ内では、構造的パラメータと形態的指標にクラスタ中心からのトレンドが顕著か。その場合、環境的変容の進行中である可能性がある。
• RQ3 Fornax銀河の構造的複雑性（多成分フィットにおける成分数）は、星の質量または絶対等級と相関するか。Fornax、Virgo、フィールドサンプルと比較するとどうなるか。
• RQ4 Fornaxグループとメインクラスタにおける、ガス圧ストリッピングや潮汐相互作用といった環境的メカニズムが、銀河の性質に与える影響はどの程度か。
• RQ5 バルジやバーといった銀河構造の形成または維持は、主に銀河の質量に起因するか、環境的要因に起因するか。

主な発見

• Fornax Aグループの銀河は、Fornaxメインクラスタの銀河と比較して顕著に青色（残差g′−r′）、小さく（Reが小さい）、明るく（μeが高い）、非対称性と塊の多さが顕著（AとSが高い）であり、KS検定のp < 0.05で有意差を示した。
• Fornaxメインクラスタの銀河は、クラスタ中心に向かって、Reが増加し、表面輝度（μe）が低下し、非対称性・塊の多さ（A, S）が低下する顕著なクラスタ中心依存性を示しており、降着過程における環境的スムージングが進行していることを示唆している。
• Fornax Aグループでは、グループ中心からのトレンドは有意ではなかったが、g′−r′およびΔ(g′−r′)に弱い相関が見られたことから、初期のガス剥ぎ取りの兆候である可能性がある。
• 多成分フィットにおける構造的複雑性（成分数）は、絶対r′バンド等級（および星の質量）に相関し、Mr′ ≈ −14 から −19 mag（log10(M*/M☉) ≈ 7.5–9.7）の範囲でピークを示した。このトレンドは、Fornax、Virgo、フィールドのすべてで一貫しており、同様の傾向を示した。
• すべての環境で構造的複雑性と星の質量の強い相関が観測されたことから、質量が形態的構造形成の主な駆動要因であると結論づけられ、環境要因ではない。
• FornaxメインクラスタとFornax Aグループの間で残差g′−r′およびΔ(g′−r′)の差が認められたことから、ガス圧ストリッピングと潮汐相互作用が、グループ内での前処理の主要メカニズムであると考えられる。