[论文解读] Halpha3: an Halpha imaging survey of HI selected galaxies from ALFALFA. II. The star formation properties of galaxies in the Virgo cluster and surroundings

Giuseppe Gavazzi, Michele Fumagalli+6 more|arXiv (Cornell University)|Mar 12, 2013

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 49

一句话总结

本研究基于ALFALFA巡天在室女座星系团及其周围区域对409个HI选源星系进行Hα成像，以探究环境如何影响恒星形成。利用Hα作为近期恒星形成的示踪剂，HI缺乏度作为环境扰动的度量，研究发现激波压力剥离使后发星系团中晚型星系的恒星形成从外向内逐步熄灭，室女座星系团在约20亿年的时间尺度内移除气体并抑制恒星形成率（SFR），与星系团动力学上仍较年轻一致。

ABSTRACT

We present the analysis of Halpha3, an Halpha imaging survey of 409 galaxies selected from the HI Arecibo ALFALFA Survey in the Local Supercluster, including the Virgo cluster. We explore the relations between the stellar mass, the HI mass and the current, massive SFR of nearby galaxies in the Virgo cluster and we compare them with those of isolated galaxies in the Local Supercluster, disentangling the role of the environment in shaping the star formation properties of galaxies at the present cosmological epoch. We investigate the relationships between atomic neutral gas and newly formed stars in different environments, across many morphological types, and over a wide range of stellar masses adopting an updated calibration of the HI deficiency parameter. Studying the mean properties of late-type galaxies in the Local Supercluster, we find that galaxies in increasing local galaxy density conditions (or decreasing projected angular separation from M87) show a significant decrease in the HI content and in the mean specific star formation rate, along with a progressive reddening of their stellar populations. The gradual quenching of the star formation occurs outside-in, consistently with the predictions of the ram pressure model. Once considered as a whole, the Virgo cluster is effective in removing neutral hydrogen from galaxies, and this perturbation is strong enough to appreciably reduce the SFR of its entire galaxy population. An estimate of the present infall rate of 300-400 galaxies per Gyr in the Virgo cluster is obtained from the number of existing HI-rich late-type systems, assuming 200-300 Myr as the time scale for HI ablation. If the infall process has been acting at constant rate this would imply that the Virgo cluster has formed approximately 2 Gyr ago, consistently with the idea that Virgo is in a young state of dynamical evolution.

研究动机与目标

• 理解室女座星系团致密环境对晚型星系恒星形成与气体含量的影响。
• 量化环境过程（特别是激波压力）在熄灭富含HI星系恒星形成中的作用。
• 基于幸存的富含HI星系数量及气体移除 timescale，估算当前星系进入室女座星系团的吸积率。
• 比较星系团内与场域星系在恒星质量、HI质量与恒星形成率之间的关系。

提出的方法

• 采用Hα窄波段成像测量ALFALFA巡天中409个HI选源星系的近期恒星形成率（SFR）。
• 重新校准HI缺乏度参数（Def_HI），并将星系分为三类：未扰动（Def_HI ≤ 0.3）、扰动（0.3 < Def_HI < 0.9）与高度扰动（Def_HI ≥ 0.9）。
• 将斯隆数字巡天（SDSS）的光学数据与Hα测量结果结合，推导出恒星质量与颜色。
• 通过统计分析比较星系团内与本地超星系团中孤立星系在SFR、HI质量与恒星质量关系上的差异。
• 基于观测到的富含HI星系比例，假设恒定吸积率，估算HI剥离的时间尺度。
• 分析M_HI与M_*之间的基本关系，评估环境效应如何改变气体含量相对于恒星质量的比例。

实验结果

研究问题

• RQ1 以Hα发射为示踪，室女座星系团中晚型星系的恒星形成率（SFR）与本地超星系团中孤立星系相比如何？
• RQ2 HI缺乏度参数在多大程度上与室女座星系团星系的特定恒星形成率及恒星种群年龄相关？
• RQ3 星系落入室女座星系团时，气体移除的时间尺度是多少？这对其动力学年龄有何启示？
• RQ4 星系团与场域星系在恒星质量、HI质量与SFR之间的关系有何差异？
• RQ5 观测到的室女座星系团中恒星形成熄灭是否与激波压力剥离作为主导环境机制一致？

主要发现

• 随着星系所处室女座星系团内环境密度增加，其HI含量与特定SFR显著下降，恒星种群颜色逐渐变红。
• 恒星形成的熄灭以径向、由外向内的形式发生，与激波压力剥离模型的预测一致。
• 室女座星系团整体有效移除中性氢，导致其全部星系群体因环境效应而SFR降低。
• 估算出当前富含HI星系进入室女座星系团的吸积率为每吉年300–400个，若吸积速率恒定，则暗示星系团动力学年龄约为20亿年。
• 室女座星系团中HI质量与恒星质量的关系显著向较低气体分数方向偏移，表明环境导致的熄灭效应强烈。
• 环境效应在耗尽气体方面比直接熄灭恒星形成更有效，凸显气体移除是恒星形成熄灭的主要驱动力。