[论文解读] Cold gas properties of the Herschel Reference Survey. III. Molecular gas stripping in cluster galaxies

A. Boselli, L. Cortese+6 more|arXiv (Cornell University)|Feb 3, 2014

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 98被引用 80

一句话总结

本研究利用赫歇尔参考调查（Herschel Reference Survey）调查了室女座星系团内螺旋星系的分子气体缺乏现象。研究发现，由于分子气体分布更集中，激波压力剥离对分子气体的去除效率低于原子气体，导致H₂缺乏星系通过抑制恒星形成从蓝序列演化至红序列。

ABSTRACT

The HRS is a complete volume-limited sample of nearby objects including Virgo cluster and isolated objects. Using a recent compilation of HI and CO data we study the effects of the cluster on the molecular gas content of spiral galaxies. We first identify M* as the scaling variable that traces the total H2 mass of galaxies better. We show that, on average, HI-deficient galaxies are significantly offset from the M(H2) vs. M* relation for HI-normal galaxies. We use the M(H2) vs. M* scaling relation to define the H2-deficiency parameter. This parameter shows a weak and scattered relation with the HI-def, here taken as a proxy for galaxy interactions with the cluster environment. We also show that, as for the HI, the extent of the H2 disc decreases with increasing HI-deficiency. These results show that cluster galaxies have, on average, a lower H2 content than similar objects in the field. The slope of the H2-def vs. HI-def relation is less than 1, while the D(HI)/D(i) vs. HI-def relation is steeper than the D(CO)/D(i) vs. HI-def relation, thereby indicating that the H2 gas is removed less efficiently than the HI. This result can be understood if the HI is distributed on a flat disc more extended than the stellar disc, thus less anchored to the gravitational potential well of the galaxy than the H2. There is a clear trend between the NUV-i colour and H2-def, which suggests that H2 removal quenches the activity of star formation. This causes galaxies migrate from the blue cloud to the green valley and, eventually, to the red sequence. The total gas-consumption timescale of gas deficient cluster galaxies is comparable to that of isolated systems, and is significantly larger than the typical timescale for total gas removal in a ram pressure stripping process, thus suggesting that ram pressure, rather than starvation, is the dominant process driving the evolution of these cluster galaxies.

研究动机与目标

• 调查星系团环境对螺旋星系分子气体含量的影响。
• 利用同质样本量化星系团星系相对于场星系的分子气体缺乏程度。
• 确定是激波压力剥离还是分子气体形成减少导致星系团星系中气体缺乏。
• 评估分子气体去除在抑制恒星形成及星系从蓝序列向红序列转变中的作用。

提出的方法

• 从赫歇尔参考调查中构建了一个基于K波段选择的、体积受限的邻近星系样本，包含室女座星系团星系和孤立场星系。
• 利用恒星质量–分子气体质量标度关系，将H₂缺乏参数定义为给定恒星质量下观测到的与预期H₂质量之间的对数差值。
• 将H₂缺乏度与H i缺乏度（作为环境扰动的代理）以及盘面尺度长度等结构参数相关联。
• 分析了17个CO映射星系子样本的CO和H i数据，以评估分子气体和原子气体盘的径向范围。
• 估算气体耗尽 timescales（τ_gas, τ_gas,R）并将其与流体动力学模拟中的激波压力剥离 timescales（τ_RP）进行比较。
• 使用NUV-i颜色指数作为单位恒星形成率的代理，将H₂缺乏度与熄灭过程联系起来。

实验结果

研究问题

• RQ1 星系团星系中的分子气体缺乏是由激波压力剥离引起，还是由分子气体形成减少导致？
• RQ2 在星系团环境中，分子气体去除的效率与原子气体去除相比如何？
• RQ3 H₂缺乏度与星系团星系中气体盘的结构截断之间存在何种关系？
• RQ4 气体耗尽 timescales 与激波压力剥离 timescales 相比，如何塑造星系团星系的演化？
• RQ5 分子气体缺乏在多大程度上驱动星系从蓝序列向红序列迁移？

主要发现

• 室女座星系团中的H₂缺乏星系在M(H₂)与M_star关系上显著偏离（4σ），表明其分子气体含量系统性缺乏。
• H₂缺乏参数与H i缺乏度之间存在微弱且散乱的相关性，表明尽管环境同时影响两个相，但其响应不同。
• 分子气体盘的径向范围（D(CO)/D(i)）随H i缺乏度增加而减小，斜率为-0.36，表明为外向剥离。
• 原子气体盘的径向范围（D(H i)/D(i)）减小得更陡峭（斜率为-0.50），表明原子气体被更高效地剥离。
• 总气体耗尽 timescale（τ_gas,R ≈ 3.0–3.3 Gyr）显著长于激波压力剥离 timescale（τ_RP ≈ 1.5 Gyr），表明激波压力是气体去除的主要驱动力。
• H₂缺乏的星系团星系的分子气体耗尽 timescale为τ_H₂ ≈ 1.2 Gyr，总气体耗尽 timescale为τ_gas ≈ 2.6 Gyr，与通过气体剥离导致的熄灭一致，而非内部消耗。