[论文解读] History and destiny of an emerging early-type galaxy: New IFU insights on the major-merger remnant NGC7252

John R. Weaver, B. Husemann+8 more|arXiv (Cornell University)|Jan 29, 2018

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 135被引用 14

一句话总结

本研究利用甚大望远镜-VIMOS积分场单元光谱仪对邻近的星系合并残骸NGC 7252（碰撞约10亿年之后）进行分析，揭示了其核心存在一个快速重新形成的、与恒星共旋转的气体盘，且持续存在恒星形成（SFR = 2.2 ± 0.6 M☉ yr⁻¹），复杂的恒星运动学特征表明其为极轨道合并构型。尽管形态类似椭圆星系，该星系仍保持蓝色并持续形成恒星，表明其向宁静状态的演化过程持续数亿年。

ABSTRACT

NGC7252, which is one of the nearest major-merger galaxy remnants, is an ideal laboratory to study the processes inherent to the transformation of disc galaxies to ellipticals as observed about ~1Gyr after the collision. We obtained wide-field IFU spectroscopy with the VLT-VIMOS integral-field spectrograph covering the central 50"x50" of NGC7252 to map the stellar and ionised gas kinematics, and the distribution and conditions of the ionised gas, revealing the extent of ongoing star formation and recent star formation history. We find that the inner gas disc is not counter-rotating with respect to the stars and that the stellar kinematics appear complex with a clear indication of a prolate-like rotation component suggesting a polar merger configuration. The ongoing star formation rate is 2.2+-0.6 M_sun/yr and implies a typical depletion time of 2Gyr given the molecular gas content. Furthermore, the spatially-resolved star formation history suggests a slight radial dependence, moving outwards at later times. We confirm a large AGN-ionised gas cloud previously discovered 5kpc south of the nucleus, and find higher ionisation also at the galaxy centre relative to the surrounding gas disc. Although the higher ionisation towards the centre is potentially degenerate within the central star forming ring, it may be associated with a low-luminosity AGN. Although NGC7252 has been classified as post-starburst galaxy at the centre, the elliptical-like major-merger remnant still appears very active. A central kpc-scale gas disc has presumably re-formed quickly within the last 100Myr after final coalescence. The disc features ongoing star formation, implying Gyr long timescale to reach the red sequence through gas consumption alone. While NGC7252 is useful to probe the transformation from discs to ellipticals, it is not well-suited to study the transformation from blue to red at this point.

研究动机与目标

• 研究邻近大型星系并合残骸NGC 7252的运动学与恒星形成特性，以理解盘状星系向椭圆星系的演化过程。
• 解决先前关于NGC 7252中气体盘反向旋转与恒星运动学的相互矛盾的结论。
• 评估活动星系核反馈与气体耗尽 timescale 在星系向宁静状态演化过程中的作用。
• 确定NGC 7252是否代表了从蓝色、恒星形成星系向红色、宁静椭圆星系过渡的典型样本，或仍处于其演化阶段的异常状态。

提出的方法

• 利用甚大望远镜-VIMOS仪器获取覆盖NGC 7252中心区域50″ × 50″范围的宽场积分场单元（IFU）光谱数据。
• 通过发射线与吸收线轮廓分析恒星与电离气体的运动学特性，包括利用Hα与[O III]线估算恒星形成率（SFR）。
• 基于尘埃修正后的Hα光度与星族合成模型，推导空间分辨的恒星形成历史（SFH）。
• 通过中心分子气体质量与SFR估算分子气体耗尽时间，假设耗尽 timescale 恒定。
• 基于[O III]光度估算活动星系核的总辐射光度，以评估低光度活动星系核活动。
• 通过分析恒星运动学特征，寻找类似长轴旋转的信号，以推断并合几何构型（如极轨道并合）。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC 7252的核心气体盘是否如先前报道的那样相对于恒星反向旋转？
• RQ2 NGC 7252的空间分辨恒星形成历史为何？是否存在径向依赖性？
• RQ3 中心区域的当前恒星形成率与分子气体耗尽 timescale 是多少？
• RQ4 中心是否存在低光度活动星系核的证据？其对电离条件有何影响？
• RQ5 NGC 7252在从蓝色、恒星形成星系向红色、宁静椭圆星系的演化过程中，其代表性如何？

主要发现

• NGC 7252的核心气体盘并非反向旋转，而是与恒星共旋转，与早期报告相矛盾。
• 恒星运动学显示同时存在扁球状与长球状旋转分量，表明其可能为极轨道并合构型，或存在角动量方向不一致的径向轨道。
• 中心区域（7 kpc内）的恒星形成率持续为2.2 ± 0.6 M☉ yr⁻¹，分子气体耗尽时间约为2 Gyr。
• 恒星形成历史显示，恒星形成活动在约10亿年前仍处于增强状态，表明其演化过程复杂且具有径向依赖性，超越首次并合时间点。
• 在核心以南约5 kpc处确认存在一个高电离气体云，中心区域电离度增强，表明存在低光度活动星系核，其L_bol < 2.4 × 10⁴¹ erg s⁻¹。
• 尽管形态为早型星系，NGC 7252仍位于蓝色云区，向红序列的过渡缓慢，仅靠气体耗尽过程即需约50亿年才能达到宁静状态。