[论文解读] A Virgo Environmental Survey Tracing Ionised Gas Emission (VESTIGE).V. Properties of the ionised gas filament of M87

A. Boselli, Matteo Fossati+23 more|Durham Research Online (Durham University)|Oct 23, 2018

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 115被引用 8

一句话总结

本研究利用深空窄带Hα+[NII]成像与MUSE IFU光谱学，调查了M87中的电离气体丝状结构，揭示了一条延伸至东南方向约8 kpc、西北方向约3 kpc的激波电离丝状结构，其在小于1 kpc的尺度上表现出约800 km s⁻¹的速度差。数据支持该气体由活动星系核喷流驱动的膨胀射电泡产生的激波电离，其起源可能来自热晕中的冷却不稳定性或近期的吸积事件。

ABSTRACT

We have observed the giant elliptical galaxy M87 during 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 Canada French Hawaii Telescope (CFHT). The deep narrow-band image confirmed the presence of a filament of ionised gas extending up to ~ 3 kpc in the north-western direction and ~ 8 kpc to the south-east, with a couple of plumes of ionised gas, the weakest of which, at ~ 18 kpc from the nucleus, was previously unknown. The analysis of deep optical images taken from the NGVS survey confirms that this gas filament is associated with dust seen in absorption which is now detected up to ~ 2.4 kpc from the nucleus. We have also analysed the physical and kinematical properties of the ionised gas filament using deep IFU MUSE data covering the central 4.8 x 4.8 kpc^2 of the galaxy. The spectroscopic data confirms a perturbed kinematics of the ionised gas, with differences in velocity of ~ 700-800 km s^-1 on scales of < 1 kpc. The analysis of 2D diagnostic diagrams and the observed relationship between the shock-sensitive [OI]/Halpha line ratio and the velocity dispersion of the gas suggest that the gas is shock-ionised.

研究动机与目标

• 利用深空窄带成像与IFU光谱学，表征M87中电离气体丝状结构的空间与运动学特性。
• 确定延伸电离气体丝状结构的电离机制，区分活动星系核驱动的激波与热晕冷却不稳定性的影响。
• 评估该丝状结构是否起源于近期的气体富集星系吸积事件，或源于热晕气体的冷却。
• 研究气体速度 dispersion 与激波敏感线比之间的关系，以约束电离物理机制。

提出的方法

• 利用CFHT的MegaCam进行深空窄带Hα + [NII]成像，以映射M87中心4.8 × 4.8 kpc区域内电离气体的发射分布。
• 利用高分辨率MUSE IFU光谱学覆盖M87中心4.8 × 4.8 kpc区域，测量电离气体的运动学特性与速度 dispersion。
• 采用二维诊断图（如BPT类）基于发射线比对电离机制进行分类。
• 分析[OI]/Hα线比作为激波诊断指标，并与气体速度 dispersion 相关联，以推断激波特性的激发机制。
• 与X射线和射电数据（钱德拉望远镜、VLA）交叉比对，将电离气体结构与热X射电等离子体及射电泡联系起来。
• 与NGVS光学图像比对，确认与电离气体丝状结构相关的尘埃吸收特征。

实验结果

研究问题

• RQ1 M87中电离气体丝状结构在中心区域之外的空间范围与形态如何？
• RQ2 导致观测到的发射的主导电离机制是什么——活动星系核喷流产生的激波，还是热晕的冷却？
• RQ3 电离气体的运动学特性，特别是视线速度差异，在丝状结构中如何变化？
• RQ4 是否存在[OI]/Hα线比与气体速度 dispersion 之间的相关性，以支持激波电离？
• RQ5 该丝状结构的起源是什么——近期吸积的富气体星系，还是热晕中气体的原位冷却？

主要发现

• 电离气体丝状结构从M87星系核向东南方向延伸约~8 kpc，向西北方向延伸约~3 kpc，并在东侧约18 kpc处发现一条此前未探测到的低表面亮度丝状结构。
• 该丝状结构表现出高度扰动的速度场，在小于1 kpc的尺度上，视线速度差异达~700–800 km s⁻¹，表明存在复杂且多组分的气体运动。
• [OI]/Hα线比随气体速度 dispersion 增大而升高，为激波电离而非光致电离提供了有力证据。
• 电离气体避开射电瓣区，而与当前喷流和反喷流方向对齐，表明其与膨胀的射电泡存在相互作用。
• 丝状结构中电离气体总质量估计为数×10⁷ M⊙，与近期吸积事件或热晕气体冷却的起源一致。
• NGVS图像中探测到的尘埃吸收特征延伸至约~2.4 kpc，与电离气体丝状结构重合，支持二者起源于同一被捕获或冷却的气体储库。