[论文解读] LoTSS jellyfish galaxies: II. Ram pressure stripping in groups versus clusters

Ian Roberts, R. J. van Weeren+4 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 138被引用 70

一句话总结

本研究利用LOFAR在144 MHz的射电连续谱巡天，识别出约500个低红移星系群（10^12.5 < M_group < 10^14 h⁻¹ M⊙）中的水母星系——即具有激波压力剥离尾迹的星系——并将其性质与星系团中的星系进行比较。研究发现，激波压力剥离确实发生在星系群中，但其发生频率和效率均低于星系团；群中的水母星系未表现出增强的恒星形成，且剥离动力学更缓慢。

ABSTRACT

Numerous examples of ram pressure stripping in galaxy clusters are present in literature; however, substantially less work has been focused on ram pressure stripping in lower mass groups. In this work we use the LOFAR Two-metre Sky Survey (LoTSS) to search for jellyfish galaxies in ~500 SDSS groups (z<0.05), making this the most comprehensive search for ram pressure stripping in groups to date. We identify 60 jellyfish galaxies in groups with extended, asymmetric radio continuum tails, which are found across the entire range of group mass from $10^{12.5} < M_\mathrm{group} < 10^{14}\,h^{-1}\,\mathrm{M_\odot}$. We compare the group jellyfish galaxies identified in this work with the LoTSS jellyfish galaxies in clusters presented in Roberts et al. (2021), allowing us to compare the effects of ram pressure stripping across three decades in group/cluster mass. We find that jellyfish galaxies are most commonly found in clusters, with the frequency decreasing towards the lowest mass groups. Both the orientation of observed radio continuum tails, and the positions of group jellyfish galaxies in phase space, suggest that galaxies are stripped more slowly in groups relative to clusters. Finally, we find that the star formation rates of jellyfish galaxies in groups are consistent with `normal' star-forming group galaxies, which is in contrast to cluster jellyfish galaxies that have clearly enhanced star formation rates. On the whole, there is clear evidence for ongoing ram pressure stripping in galaxy groups (down to very low group masses), though the frequency of jellyfish galaxies and the strength of ram pressure stripping appears smaller in groups than clusters. Differences in the efficiency of ram pressure stripping in groups versus clusters likely contributes to the positive trend between quenched fraction and host halo mass observed in the local Universe.

研究动机与目标

• 调查激波压力剥离（RPS）在宇宙中最为常见的本地环境——星系群中的普遍性与效率。
• 采用统一的射电连续谱检测方法，比较星系群（低质量）与星系团（高质量）中的RPS行为。
• 确定星系群中的水母星系是否表现出增强的恒星形成，或比星系团中的水母星系剥离更快，如在星系团中所见。
• 评估星系群环境在星系团吸积前对星系进行预处理的作用，特别是通过RPS机制。

提出的方法

• 利用LOFAR两米天空巡天（LoTSS）在144 MHz波段，检测由宇宙射线和相对论性电子剥离形成的延伸且不对称的射电连续谱尾迹。
• 基于射电尾迹的形态及其与星系运动方向相反的对齐特征，识别星系群中的水母星系，确认其为激波压力剥离所致。
• 与R21b样本中星系团内的水母星系（z < 0.05）进行交叉匹配，实现对三个数量级 halo 质量范围内的直接比较。
• 通过相空间位置和尾迹方向分析，推断剥离时标和近星点通过历史。
• 利用SDSS成像测得的Hα流量测量恒星形成率（SFR），并与“正常”的星系群恒星形成星系进行比较。
• 采用SDSS星系群星表中的星群质量估计（M_group 从10^12.5到10^14 h⁻¹ M⊙），评估RPS频率与质量的关系。

实验结果

研究问题

• RQ1 在不同质量的星系群中，水母星系的频率与星系团相比如何，特别是在10^12.5 < M_group < 10^14 h⁻¹ M⊙范围内？
• RQ2 从尾迹形态和运动学特征来看，激波压力剥离在星系群与星系团中的效率有何差异？
• RQ3 星系群中的水母星系是否表现出增强的恒星形成率，如在星系团水母星系中所观察到的那样？
• RQ4 是否有证据表明星系群中的水母星系已通过近星点，暗示其剥离过程比星系团星系更缓慢？
• RQ5 星系群环境在星系团吸积前对星系进行预处理的程度如何，特别是通过RPS机制？

主要发现

• 水母星系的频率在星系团中最高，并随着星系群质量降低而显著下降（10^12.5 < M_group < 10^14 h⁻¹ M⊙）。
• 星系群中的水母星系更可能已通过近星点，表明其剥离时标比星系团星系更长，后者通常仍处于剥离过程中。
• 与星系团不同，星系群中的水母星系未表现出系统性增强的恒星形成率，其恒星形成水平与“正常”的星系群恒星形成星系一致。
• 星系群中射电尾迹的取向表明剥离过程仍在进行，但强度较弱，暗示星系群中星际介质密度较低或相对速度较小，与星系团相比。
• 有明确证据表明，激波压力剥离存在于质量低至10^12.5 h⁻¹ M⊙的星系群中，尽管其效率低于星系团。
• 星系群与星系团之间剥离效率的差异，可能是本地宇宙中熄灭星系分数与宿主晕质量正相关现象的成因之一。