[论文解读] Atomic gas far away from the Virgo cluster core galaxy NGC 4388. A possible link to isolated star formation in the Virgo cluster?

B. Vollmer, W. K. Huchtmeier|ArXiv.org|Apr 8, 2003

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 11被引用 37

一句话总结

该论文报告了在室女座星系团中的NGC 4388星系东北方向至少20 kpc处，检测到6×10⁷ M⊙的星系盘外中性氢（H I）气体，该气体与一个巨大的Hα喷流相连。通过冲压阻力剥离模型，解释了气体的形态和速度场，提出一个致密的剥离H I云团在坍缩后与风场分离，通过远离星系盘的孤立恒星形成过程，形成了一个致密的H II区域。

ABSTRACT

We have discovered 6 10^7 M_{\odot} of atomic gas at a projected distance greater than 4' (20 kpc) from the highly inclined Virgo spiral galaxy NGC 4388. This gas is most probably connected to the very extended Hαplume detected by Yoshida et al. (2002). Its mass makes a nuclear outflow and its radial velocity a minor merger as the origin of the atomic and ionized gas very unlikely. A numerical ram pressure simulation can account for the observed HI spectrum and the morphology of the Hαplume. An additional outflow mechanism is still needed to reproduce the velocity field of the inner Hαplume. The extraplanar compact HII region recently found by Gerhard et al. (2002) can be explained as a stripped gas cloud that collapsed and decoupled from the ram pressure wind due to its increased surface density. The star-forming cloud is now falling back onto the galaxy.

研究动机与目标

• 研究室女座星团中NGC 4388星系盘外远距离处延伸的Hα和H I发射的起源。
• 确定冲压阻力剥离、小质量并合或星核喷流中哪一个能解释观测到的星系盘外气体形态和运动学特征。
• 评估在恶劣的星系间介质中，剥离的气体云团能否存活足够长时间以实现孤立恒星形成。
• 模拟NGC 4388在室女座星团中过去核心穿刺过程期间气体的动力学演化。
• 解释位于距离星系中心17.5 kpc处一个致密H II区域的起源，其拥有3 Myr龄的O型星群。

提出的方法

• 使用埃菲尔斯堡100米望远镜在五个位置进行21-cm H I谱线观测：一个位于星系中心，其余四个分别在东北、西北、西南和东南方向偏移一个波束（9.3′）。
• 利用VLA C-阵列H I数据（23′′×17′′分辨率，20 km/s通道间距）合成偏移中心位置的谱线，匹配埃菲尔斯堡望远镜的波束尺寸。
• 将观测到的H I谱线和形态与包含星系运动、等离子体密度和引力势的数值冲压阻力剥离模拟进行比较。
• 假设核心穿刺发生在约120 Myr前，速度约为2000 km/s，等离子体密度约为3×10⁻³ cm⁻³，最大冲压阻力为5000 cm⁻³ (km/s)⁻²。
• 引入额外的喷流机制，以解释内层Hα喷流中观测到的蓝移速度场。
• 利用蒸发和热传导模型评估云团的存活时间尺度，考虑其自身引力和剥离云团中加热减少的效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 在距离NGC 4388星系中心超过20 kpc处检测到的延伸H I气体的起源是什么？
• RQ2 仅靠冲压阻力剥离能否解释H I和Hα喷流的形态与运动学特征？
• RQ3 为何在距离星系中心17.5 kpc处存在一个拥有3 Myr龄O型星群的致密H II区域，其径向速度为150 km/s？
• RQ4 剥离的气体云团如何能在高温星系间介质中存活足够长时间，以在大星系中心距离处形成恒星？
• RQ5 何种物理机制解释了致密气体云团从冲压阻力风场中分离，从而实现孤立恒星形成？

主要发现

• 在距离NGC 4388星系中心东北方向投影距离超过20 kpc处，检测到约6×10⁷ M⊙的H I气体，证实存在一个巨大的星系盘外气体结构。
• H I形态和速度场在假设约120 Myr前以约2000 km/s速度发生核心穿刺的冲压阻力剥离模型下得到良好拟合。
• 该遭遇期间的最大冲压阻力估计为5000 cm⁻³ (km/s)⁻²，等离子体密度约为3×10⁻³ cm⁻³，星系盘轨道倾角为45°。
• 位于17.5 kpc处的致密H II区域可解释为一个致密且自引力的H I云团，其在坍缩后与冲压阻力风场分离，现正回落向星系中心。
• 该云团的存活归因于饱和蒸发和内部加热减少，使其能长期保持中性，从而有足够时间形成恒星。
• 该模型支持在剥离的气体云团中可发生孤立恒星形成，类似于潮汐尾中球状星团的形成机制。