[论文解读] New CO observations and simulations of the NGC 4438/NGC 4435 system

B. Vollmer, J. Braine+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 11, 2005

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 2被引用 13

一句话总结

本研究基于NGC 4438/NGC 4435系统的新型CO(1–0)观测与流体动力学模拟，表明激波压力剥离——受潮汐相互作用增强——是导致星系外盘分子气体、双峰轮廓及红移发射的主要驱动力。模拟结果证实，NGC 4438在过去100 Myr内首次穿越室女座星系团中心，激波压力剥离在此期间发生，而北部潮汐臂中的致密分子云则因自引力和X射线加热而得以存活。

ABSTRACT

NGC 4438 is a highly perturbed spiral with a stellar tidal tail and extraplanar molecular gas, now very HI deficient, crossing the center of the Virgo cluster at high speed. Various authors have attributed the perturbed appearance to the ram pressure of the intracluster medium, the tidal interaction with NGC 4435, and an ISM-ISM collision between the ISM of NGC 4438 and NGC 4435. We present new CO observations covering virtually all of NGC 4438 and the center of NGC 4435 and detailed simulations including all of the above effects. For the first time CO is detected in NGC 4435. In NGC 4438 we find double line profiles at distances up to 40" to the west and south-west and redshifted lines with respect to galactic rotation in the south of the center. The lack of gas to the North and East coupled with the large gaseous extent to the West and the redshifted and double line profiles can only be reproduced with a ram pressure wind. NGC 4438 is most probably on its first passage through the cluster center and has been stripped of its HI only over the past 100 Myr. While an ISM-ISM collision between NGC 4435 and NGC 4438 may occur, the effect is not significant compared to ram pressure and tidal forces, not surprising for the passage of an S0 galaxy 5-10 kpc from the center of NGC 4438. We also detect narrow CO lines, in the absence of detected HI, in the northern tidal arm some 15 kpc from the center of NGC 4438. This can be understood from the simulations assuming a few percent of the gas is too dense to experience the ram pressure wind. NGC 4438 has changed greatly over the past 100 Myr due to its plunge through the center of the Virgo cluster and the interaction with the S0 NGC 4435.

研究动机与目标

• 解析NGC 4438中星系外盘分子气体与速度不对称性的主导物理机制。
• 确定激波压力剥离、潮汐相互作用及ISM-ISM碰撞在塑造NGC 4438与NGC 4435ISM结构中的相对作用。
• 检验北部潮汐臂中致密分子云是否能因自引力与X射线加热而存活于激波压力剥离过程中。
• 利用观测与模拟的速度场约束NGC 4438穿越室女座星系团中心的时间与轨道参数。

提出的方法

• 利用IRAM 30米望远镜对NGC 4438的大部分区域及NGC 4435中心区域进行新型12 CO(1–0)观测。
• 开展包含激波压力、潮汐力及ISM-ISM碰撞效应的流体动力学模拟，以分离各因素对气体形态与速度场的独立贡献。
• 采用测试粒子代码模拟NGC 4435的潮汐相互作用，假设100 Myr前发生一次逆行遭遇，撞击参数为5–10 kpc。
• 引入激波压力项，ICM密度约为~10⁻³ cm⁻³，与X射线观测一致，以模拟星系团穿越期间的气体剥离。
• 通过假设自引力、X射线加热及C II与O I线冷却，模拟潮汐臂中致密分子云的稳定性。
• 将模拟的谱线轮廓与气体分布与观测到的CO及Hα速度场进行对比，以验证物理情景的合理性。

实验结果

研究问题

• RQ1 何种物理机制最能解释NGC 4438西区的星系外盘CO发射与双峰轮廓？
• RQ2 激波压力剥离在塑造分子气体分布方面相对于潮汐相互作用与ISM-ISM碰撞的主导程度如何？
• RQ3 致密分子云能否在激波压力剥离中存活？若能，其条件为何？
• RQ4 NGC 4438首次穿越室女座星系团中心的时间与轨道历史为何？
• RQ5 为何在距离NGC 4438中心15 kpc的北部潮汐臂中检测到CO，尽管该区域无HI存在？

主要发现

• 首次在NGC 4435中探测到CO，证实其分子气体含量。
• 星系外盘分子气体向西延伸至NGC 4438中心约1.5′（≈1.5 kpc）处，双峰轮廓在西向及西南方向最远达40″（≈1.5 kpc）。
• 南部区域的谱线系统性红移，与星系自转速度场不符，为激波压力剥离的典型特征。
• 东北方向无CO发射，且气体向西延伸范围极大，该现象仅能由激波压力风解释，而非仅靠潮汐力。
• 北部潮汐臂（距中心15 kpc）中的致密分子云因自引力与X射线加热而存活，总质量约为~7×10⁷ M⊙。
• 模拟结果表明，激波压力剥离为最主要机制，潮汐相互作用增强剥离效应，而ISM-ISM碰撞因撞击参数较大（~5–10 kpc）影响甚微。