[论文解读] A Virgo Environmental Survey Tracing Ionised Gas Emission (VESTIGE).III. Star formation in the stripped gas of NGC 4254

A. Boselli, Matteo Fossati+23 more|arXiv (Cornell University)|Mar 12, 2018

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 167被引用 2

一句话总结

本研究在螺旋星系NGC 4254的剥离中性气体尾中识别出60个紧凑、共源的H II区（70–500 pc），其位置距星系光学盘最远达20 kpc。利用VESTIGE巡天的深度Hα+[NII]成像及多波段数据，研究证明这些区域在≤100 Myr前经历了一次单一的恒星形成爆发，表明在极端星系团环境中，由激波压力剥离驱动的间歇性、紧凑恒星形成具有显著特征。

ABSTRACT

During pilot observations of the Virgo Environmental Survey Tracing Galaxy Evolution (VESTIGE), a blind narrow-band Halpha+[NII] imaging survey of the Virgo cluster carried out with MegaCam at the CFHT, we have observed the spiral galaxy NGC 4254 (M99). Deep Halpha+[NII] narrow-band and GALEX UV images revealed the presence of 60 compact (70-500 pc radius) star forming regions up to ~ 20 kpc outside the optical disc of the galaxy. These regions are located along a tail of HI gas stripped from the disc of the galaxy after a rapid gravitational encounter with another Virgo cluster member that simulations indicate occurred 280-750 Myr ago. We have combined the VESTIGE data with multifrequency data from the UV to the far-infrared to characterise the stellar populations of these regions and study the star formation process in an extreme environment such as the tails of stripped gas embedded in the hot intracluster medium. The colour, spectral energy distribution (SED), and linear size consistently indicate that these regions are coeval and have been formed after a single burst of star formation that occurred ~< 100 Myr ago. These regions might become free floating objects within the cluster potential well, and be the local analogues of compact sources produced after the interaction of gas-rich systems that occurred during the early formation of clusters.

研究动机与目标

• 研究星系团中星系剥离的星际介质（ISM）内的恒星形成，特别是高温星系团介质（ICM）等极端环境中的恒星形成。
• 表征位于NGC 4254光学盘以外的紧凑恒星形成区域的恒星族及其物理特性。
• 确定这些区域是否共源，并通过一次短暂的恒星形成爆发形成。
• 评估这些区域作为自由漂浮天体或球状星团及超紧凑矮星系（UCDs）前身体的潜在演化路径。

提出的方法

• 利用加拿大-法国-夏威夷望远镜（CFHT）的MegaCam进行VESTIGE巡天，开展深度窄线Hα+[NII]成像。
• 结合GALEX紫外、光学NGVS数据及档案HI数据，追踪恒星形成与气体形态。
• 通过谱能分布（SED）拟合与颜色分析，推断紧凑H II区的恒星族年龄与质量。
• 应用从紫外到远红外的多波段测光，约束尘埃含量、恒星形成率及恒星质量函数。
• 开展动力学与运动学分析，评估恒星形成区域的稳定性及其未来演化潜力。
• 将结果与激波压力剥离及星系相互作用的流体动力学模拟进行对比，解释形成 timescale 与环境特征。

实验结果

研究问题

• RQ1 在NGC 4254剥离气体尾中观测到的紧凑恒星形成区域的年龄及其共源性如何？
• RQ2 剥离气体中的恒星形成过程与正常星系盘中的过程有何不同，特别是在持续时间与空间紧凑性方面？
• RQ3 这些H II区的起源是什么——是通过一次爆发还是多次恒星形成事件形成的？
• RQ4 这些紧凑区域是否可能演化为自由漂浮的恒星系统，如球状星团或超紧凑矮星系？
• RQ5 剥离气体中何种物理条件使得其在暴露于高温星系团介质的情况下仍能实现高效的恒星形成？

主要发现

• 在Hα+[NII]发射中识别出60个紧凑H II区（半径70–500 pc），位于NGC 4254光学盘以外最远达20 kpc处。
• 这些区域的恒星族共源，形成时间不超过100 Myr前，SED拟合与颜色分析结果一致。
• 这些区域与从星系剥离的HI气体尾相关，其剥离由与另一星系团成员的引力相遇引起，发生于280–750 Myr前。
• 这些区域气体的速度弥散足够低，可支持引力塌缩并形成大质量分子云，从而免受高温ICM外部加热的影响。
• 这些区域很可能是自由漂浮恒星系统（如球状星团、弥散星团DSCs及超紧凑矮星系UCDs）的前身体，尽管其当前恒星质量低于典型UCDs。
• 观测结果支持星系团环境中间歇性恒星形成模型，爆发持续时间仅数百万年，且局限于剥离气体内部的紧凑、致密团块。