[论文解读] The Mice at play in the CALIFA survey: A case study of a gas-rich major merger between first passage and coalescence

Vivienne Wild, F. F. Rosales-Ortega+44 more|arXiv (Cornell University)|May 30, 2014

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 131被引用 26

一句话总结

本研究基于CALIFA巡天对一个富含气体的大型并合系统进行了详细的观测分析，追踪其从首次接近到最终合并的全过程。利用积分场光谱技术，研究揭示了强烈的恒星形成、潮汐特征以及动力学扰动，模拟预测在约22亿年后将形成一个宁静的椭圆星系残骸，其单位恒星质量的恒星形成速率为5×10⁻¹² yr⁻¹。

ABSTRACT

We present optical integral field spectroscopy (IFS) observations of the Mice, a major merger between two massive (>10^11Msol) gas-rich spirals NGC4676A and B, observed between first passage and final coalescence. The spectra provide stellar and gas kinematics, ionised gas properties and stellar population diagnostics, over the full optical extent of both galaxies. The Mice provide a perfect case study highlighting the importance of IFS data for improving our understanding of local galaxies. The impact of first passage on the kinematics of the stars and gas has been significant, with strong bars likely induced in both galaxies. The barred spiral NGC4676B exhibits a strong twist in both its stellar and ionised gas disk. On the other hand, the impact of the merger on the stellar populations has been minimal thus far: star formation induced by the recent close passage has not contributed significantly to the global star formation rate or stellar mass of the galaxies. Both galaxies show bicones of high ionisation gas extending along their minor axes. In NGC4676A the high gas velocity dispersion and Seyfert-like line ratios at large scaleheight indicate a powerful outflow. Fast shocks extend to ~6.6kpc above the disk plane. The measured ram pressure and mass outflow rate (~8-20Msol/yr) are similar to superwinds from local ULIRGs, although NGC4676A has only a moderate infrared luminosity of 3x10^10Lsol. Energy beyond that provided by the mechanical energy of the starburst appears to be required to drive the outflow. We compare the observations to mock kinematic and stellar population maps from a merger simulation. The models show little enhancement in star formation during and following first passage, in agreement with the observations. We highlight areas where IFS data could help further constrain the models.

研究动机与目标

• 研究富含气体的大型并合在早期相互作用阶段的动力学与恒星形成演化。
• 表征并合系统中潮汐特征与扰动气体的动力学和形态学特征。
• 利用流体动力学模拟对并合残骸的后期演化进行建模。
• 将并合的最终状态与本地星系群体统计进行比较，特别关注质量与恒星形成率。
• 评估气体消耗与反馈在将星暴系统转变为宁静椭圆星系过程中的作用。

提出的方法

• 利用CALIFA巡天的积分场光谱（IFS）数据，绘制空间分辨的动力学、恒星种群及电离气体发射分布。
• 应用图像分解技术分离恒星与气体组分，D. Gadotti协助完成建模。
• 执行流体动力学N体模拟，预测并合后约22亿年的演化过程。
• 采用单位恒星质量的恒星形成率（SFR/M*）作为关键诊断指标，将模拟残骸与本地大质量星系进行比较。
• 结合X射线、紫外及光学测光数据，验证恒星形成与尘埃含量。
• 应用光束弥散校正及PSF反卷积（使用Tiny Tim与ACS PSF模型），以提升动力学图的空间分辨率。

实验结果

研究问题

• RQ1 在富含气体的大型并合系统首次接近与早期合并阶段，其动力学与形态学特征如何演化？
• RQ2 该相互作用系统的当前恒星形成速率与气体含量如何？与典型大质量星系相比有何差异？
• RQ3 在未来22亿年中，并合残骸在恒星形成与结构特性方面将如何演化？
• RQ4 模拟的并合后状态在多大程度上与本地宇宙中大质量椭圆星系的观测特性相符？
• RQ5 在并合的最终阶段，激波与反馈在抑制恒星形成过程中起到何种作用？

主要发现

• 该系统表现出强烈的潮汐特征与动力学扰动，表明其正处于富含气体的大型并合的首次接近阶段。
• 当前恒星形成速率较高，系统总恒星质量约为1.8×10¹¹ M⊙，处于本地宇宙中质量最高的星系群体之中。
• 模拟预测该并合残骸将在约22亿年后演化为一个宁静的椭圆星系，其单位恒星质量的恒星形成速率为5×10⁻¹² yr⁻¹，与本地大质量星系一致。
• 恒星形成速率的下降是气体消耗自然导致的结果，与流体动力学模拟的预测相符。
• 该质量星系的数密度估计为约几×10⁻⁴ Mpc⁻³，表明这是一种稀有但合理的演化路径。
• 该系统的性质与Baldry等人（2012年）的星系质量函数一致，支持其作为正在形成的巨大、演化后的并合残骸的分类。