[论文解读] Interaction of Galaxies with the ICM

J. H. van Gorkom|arXiv (Cornell University)|Aug 12, 2003

Astronomy and Astrophysical Research被引用 3

一句话总结

本文确立了簇内介质（ICM）的 ram 压力剥离是星系团中盘状星系演化的主要机制，导致氢缺乏、气体盘截断以及恒星形成被抑制。流体动力学模拟与多波段观测共同证实，ICM 相互作用可解释在两个阿贝尔半径范围内的 H I 形态、运动学特征以及恒星形成抑制的观测趋势。

ABSTRACT

In recent years a wealth of data and detailed hydrodynamical simulations have appeared that show the effects of interactions between the ICM and galaxies. Single dish observations show that cluster galaxies are deficient in their HI content out to 2 Abell radii. The deficient galaxies tend to be on radial orbits. Imaging of the HI distribution in individual galaxies shows a remarkable trend of HI extent with location in the cluster. These trends can be reproduced in simulations of ram pressure stripping by the ICM using SPH and 3D hydro-codes. Detailed imaging of individual galaxies shows in some caes undisturbed old stellar disks, truncated gas disks that are much smaller than the stellar disks, asymmetric extraplanar gas in the center and enhanced central star formation. These phenomena have all been predicted by hydrodynamical simulations. Optical imaging and spectroscopic surveys show that small HI disks go together with truncated star forming disks, that HI deficiency correlates with suppressed star formation rates and that the spatial extent of HI deficiency in clusters is matched by or even surpassed by the extent of reduced star formation rates. Recent volume limited HI imaging surveys of clusters in the local universe show that most gas rich galaxies are located in groups and subclumps, that yet have to fall into the clusters. In these groups we see much evidence for interactions between gas rich galaxies.

研究动机与目标

• 确定簇内介质（ICM）在星系团内盘状星系演化中的作用。
• 评估 ram 压力剥离是否可解释星系团中观测到的氢缺乏与形态变化。
• 评估 ICM 相互作用与引力相互作用（如星系群内）在星系团环境星系演化中的相对重要性。
• 将 H I 分布与恒星形成率的观测趋势与 ICM-星系相互作用的流体动力学模拟相联系。
• 研究 ICM 引发的环境效应的空间范围与动力学触发机制，包括星系团亚结构与入流轨迹的作用。

提出的方法

• 利用 SPH 与全 3D 流体动力学代码进行流体动力学模拟，以模拟 ICM 对星系际介质（ISM）的 ram 压力剥离。
• 将模拟结果与多波段观测进行对比，包括对室女座与后发座星系团中 H I 的单镜面与综合孔径成像。
• 分析光学成像与光谱巡天，以关联 H I 缺乏与恒星形成率抑制的关系。
• 采用体积受限的 H I 巡天，绘制富气体星系在星系团亚结构与入流区域中的空间分布。
• 整合 H I 观测的运动学数据，以约束模拟参数并验证预测的气体形态。
• 评估星系团动力学（如次簇并合与整体 ICM 流动）对 ram 压力剥离作用范围与效率的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 ICM 的 ram 压力剥离在多大程度上可解释星系团星系中观测到的氢缺乏与气体盘截断？
• RQ2 H I 缺乏与恒星形成抑制的空间分布如何与星系团中心距离及轨道动力学相关联？
• RQ3 ICM 相互作用与引力相互作用（如星系群内）在星系团环境星系演化中的相对贡献如何？
• RQ4 流体动力学模拟能否再现星系团中贫气、非恒星形成盘状星系的观测形态与运动学特征？
• RQ5 星系团的动力状态（如次簇并合）如何影响 ICM 引发剥离的空间范围与效率？

主要发现

• 星系团中 H I 缺乏的范围可延伸至约两个阿贝尔半径，氢缺乏最严重的星系多位于径向轨道上，与入流过程中的 ram 压力剥离一致。
• 详细的 H I 成像揭示了单个星系中存在截断的气体盘与不对称的星系盘外气体，这些特征与 ram 压力剥离的流体动力学模拟预测相符。
• H I 缺乏星系的恒星形成率被抑制，且抑制程度与 H I 缺乏的空间范围相当或更广，表明存在强烈的因果关联。
• 富气体星系主要分布在星系团外围的低速度 dispersion 星系群与亚结构中，表明预入流相互作用可能在星系演化中起主导作用。
• 观测显示，这些外围星系群中的星系表现出强烈的 H I 形变与相互作用，表明环境效应在进入致密 ICM 之前已开始显现。
• ICM 效应的影响范围（延伸至 2 R_A）在具有整体运动与激波的动态活跃星系团中可能被增强，解释了为何剥离现象可在远离星系团核心处被观测到。