[论文解读] Jellyfish galaxies with the IllustrisTNG simulations -- No enhanced population-wide star formation according to TNG50

Junia Göller, Gandhali D Joshi+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 18, 2023

Plant and animal studiesAgricultural and Biological Sciences被引用 3

一句话总结

利用高分辨率的TNG50宇宙学模拟，本研究调查了星系吞噬星云（即星系在激波压力剥离过程中）的恒星形成情况。尽管星系本体和剥离尾部均频繁发生恒星形成，但TNG50并未发现其整体恒星形成率相比匹配的对照样本有群体性增强，表明某些观测中观察到的增强可能源于选择偏差，而非群体层面的内在效应。

ABSTRACT

Due to ram-pressure stripping, jellyfish galaxies are thought to lose large amounts, if not all, of their interstellar medium. Nevertheless, some, but not all, observations suggest that jellyfish galaxies exhibit enhanced star formation compared to control samples, even in their ram pressure-stripped tails. We use the TNG50 cosmological gravity+magnetohydrodynamical simulation, with an average spatial resolution of 50-200 pc in the star-forming regions of galaxies, to quantify the star formation activity and rates (SFRs) of more than 700 jellyfish galaxies at $z=0-1$ with stellar masses $10^{8.3-10.8}\,\mathrm{M}_\odot$ in hosts with mass $10^{10.5-14.3}\,\mathrm{M}_\odot$. We extract their global SFRs, the SFRs within their main stellar body vs. within the tails, and we follow the evolution of the star formation along their individual evolutionary tracks. We compare the findings for jellyfish galaxies to those of diversely-constructed control samples, including against satellite and field galaxies with matched redshift, stellar mass, gas fraction and host halo mass. According to TNG50, star formation and ram-pressure stripping can indeed occur simultaneously within any given galaxy, and frequently do so. Moreover, star formation can also take place within the ram pressure-stripped tails, even though the latter is typically subdominant. However, TNG50 does not predict elevated population-wide SFRs in jellyfish compared to analog satellite galaxies with the same stellar mass or gas fraction. Simulated jellyfish galaxies do undergo bursts of elevated star formation along their history but, at least according to TNG50, these do not translate into a population-wide enhancement at any given epoch.

研究动机与目标

• 确定星云星系在宇宙学模拟中是否表现出相比对照样本的增强整体恒星形成率。
• 研究单个星系在宇宙时空中激波压力剥离与恒星形成共存的机制。
• 评估剥离尾部中的恒星形成是否对星系整体SFR有显著贡献。
• 评估星云星系中观测到的整体SFR增强是否真实存在，或仅为选择偏差所致。
• 通过比较星云星系与匹配的卫星星系和场星系在恒星质量、气体分数及宿主晕质量方面的差异，以分离环境效应。

提出的方法

• 采用TNG50模拟，该模拟为大规模引力-磁流体动力学宇宙学模拟，恒星形成区域的分辨率为50–200 pc。
• 基于形态和气体尾部特征，在红移z = 0–1范围内识别出超过700个星云星系，且不依赖于恒星形成示踪指标。
• 通过时间分辨的粒子追踪方法，测量每个星云星系的整体、星系本体和尾部特定的恒星形成率（SFR）。
• 构建多个对照样本：与星云星系在恒星质量、气体分数和宿主晕质量方面匹配的卫星星系和场星系。
• 追踪单个星云星系的演化轨迹，分析其在激波压力事件期间SFR的演化过程。
• 在不同红移（最高至z ≈ 1）下比较各群体的中位SFR，并评估熄灭比例和星暴出现频率。

实验结果

研究问题

• RQ1 在TNG50中，星云星系的整体恒星形成率是否显著高于在质量与气体分数上匹配的对照样本？
• RQ2 在激波压力剥离的尾部中恒星形成是否对星云星系的总SFR有显著贡献？
• RQ3 星云星系在其演化过程中是否经历SFR增强？若存在，这些爆发是否导致群体性SFR提升？
• RQ4 星云星系的熄灭比例与同质量、同环境下的随机选择卫星星系相比如何？
• RQ5 观测中关于星云星系群体性SFR增强的主张，在多大程度上反映了选择偏差，而非真实物理现象？

主要发现

• TNG50显示，尽管经历严重的激波压力剥离，星云星系通常仍为恒星形成星系，恒星形成同时发生于星系本体和剥离尾部。
• 尾部中的恒星形成贡献较小，对总SFR的贡献远低于星系本体，尽管在物理上是可能的且在模拟中已被观测到。
• 尽管74%的星云星系在近星点通过期间经历短暂的SFR爆发（高于恒星形成主序列），但并未导致群体性SFR增强。
• 在任一给定宇宙时相，星云星系的中位SFR低于恒星形成主序列，且与匹配的场星系和卫星星系对照样本在统计上无显著差异。
• 由于初始气体分数较高，星云星系比一般卫星星系更少被熄灭，这在观测样本中构成一种选择偏差。
• 模拟未发现星云星系中存在系统性、群体性的恒星形成增强，挑战了观测中关于此类星系SFR增强的主张。