[论文解读] LoTSS jellyfish galaxies. III. The first identification of jellyfish galaxies in the Perseus cluster

Ian Roberts, R. J. van Weeren+5 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 107被引用 36

一句话总结

本研究利用 LOFAR 的 144 MHz 无线电连续谱观测，首次在英仙座星系团中识别出水母星系，揭示了单侧无线电波瓣以及与激波剥离一致的光学形态。关键发现是在星系的前导侧存在增强的恒星形成，且星系盘中谱指数较平缓，剥离尾部的谱指数更陡峭，表明由环境熄灭和恒星形成驱动的复杂无线电发射过程。

ABSTRACT

In this paper we report the first identification of jellyfish galaxies in the Perseus cluster (Abell 426). We identified four jellyfish galaxies (LEDA 2191078, MCG +07-07-070, UGC 2654, UGC 2665) within the central 2° ×2° (2.6 Mpc × 2.6 Mpc) of Perseus based on the presence of one-sided radio continuum tails that were detected at 144 MHz by the LOw Frequency ARray (LOFAR). The observed radio tails, as well as the orientation of morphological features in the rest-frame optical, are consistent with these four galaxies being impacted by ram pressure stripping as they orbit through the Perseus intracluster medium. By combining the LOFAR imaging at 144 MHz with 344 MHz imaging from the Karl G. Jansky Very Large Array, we derived spectral indices for the disks and the stripped tails of these jellyfish galaxies. We show that the spectral indices over the galaxy disks are quite flat, while the indices of the stripped tails are substantially steeper. We also identified a number of compact Hα + [NII] sources with narrowband imaging from the Isaac Newton Telescope. These sources are brighter along the leading side of the galaxy (i.e., opposite to the direction of the stripped tail), which is consistent with ram pressure induced star formation. Lastly, consistent with previous works in other clusters, we find that these jellyfish galaxies show enhanced radio luminosities for their observed star formation rates. Given the small distance to the Perseus cluster (D ∼ 70 Mpc, 1″ ≃ 340 pc), these galaxies are excellent candidates for multiwavelength follow-up observations to probe the impact of ram pressure stripping on galaxy star formation at subkiloparsec scales.

研究动机与目标

• 利用低频无线电连续谱观测，在英仙座星系团中识别水母星系。
• 研究激波剥离对星系团内星系恒星形成与无线电发射的影响。
• 测量星系盘与剥离尾部的谱指数，以探究宇宙射线电子老化与磁场结构。
• 分析紧凑的 Hα + [NII] 源，评估激波剥离在星系前导侧诱导的恒星形成。
• 评估这些水母星系是否相对于标准无线电-恒星形成率关系表现出增强的无线电光度。

提出的方法

• 利用 LOFAR 两米天空 Survey（LoTSS）在英仙座星系团中覆盖 2°×2° 区域的 144 MHz 连续谱成像。
• 将 LOFAR 144 MHz 数据与卡尔·G·扬斯基甚大阵列的 344 MHz 成像结合，推导星系盘与剥离尾部的谱指数。
• 利用牛顿望远镜进行窄带 Hα + [NII] 成像，以探测紧凑的恒星形成区域。
• 开展多波段分析，包括红移修正的光学成像与光谱数据，以评估星系形态与恒星形成活动。
• 应用谱指数分析，以区分无线电发射区域中同步辐射老化与注入谱指数。
• 使用宇宙学参数（ΩM = 0.3，ΩΛ = 0.7，H0 = 70 km s⁻¹ Mpc⁻¹）和相对于 NGC 1275 的星系团中心半径，提供空间上下文。

实验结果

研究问题

• RQ1 水母星系是否存在于英仙座星系团中？能否通过 144 MHz 的单侧无线电连续谱波瓣识别？
• RQ2 是否存在前导侧恒星形成增强的证据，如模拟预测的那样，由激波剥离引起？
• RQ3 星系盘与剥离尾部的无线电发射谱指数如何变化？它们揭示了宇宙射线电子老化的哪些信息？
• RQ4 这些水母星系是否表现出相对于其恒星形成率的过量无线电光度？其物理成因可能是什么？
• RQ5 紧凑的 Hα + [NII] 源相对于剥离尾部方向的空间分布如何？是否支持激波剥离诱导的恒星形成？

主要发现

• 通过 144 MHz 的单侧无线电波瓣，在英仙座星系团中心 2°×2° 区域内识别出四颗水母星系（LEDA 2191078、MCG +07-07-070、UGC 2654、UCG 2665）。
• Hα + [NII] 的紧凑源在星系前导侧更明亮，位于剥离尾部的相反方向，表明由激波剥离诱导的恒星形成。
• 星系盘区域的谱指数较平缓，可能由于致密星际介质中的电离损失所致；而剥离尾部的谱指数更陡峭，与同步辐射老化一致。
• 剥离尾部的谱指数与恒星形成产生的预期注入指数一致，且存在适度的陡化，尽管约束较弱。
• 总体而言，这些星系表现出相对于标准低频无线电光度-恒星形成率关系的增强 144 MHz 光度，表明其无线电过量与其它水母星系相似。
• 英仙座星系团距离约 70 Mpc，是开展高分辨率、多波段后续观测以研究亚千帕斯卡尺度激波剥离的理想目标。