[论文解读] The uneven sisters I, NGC 4388 - a strongly constrained ram pressure stripping event

B. Vollmer, C. Pappalardo+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 11, 2018

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 42被引用 3

一句话总结

本研究结合了对NGC 4388的深度多波长观测——涵盖H I、Hα、FUV、偏振射电连续辐射，以及一次深度光学光谱——与三维流体动力学模拟，以约束喷流压力剥离事件。研究发现，该星系约240 Myr前经历了峰值喷流压力，喷流方向与星系盘面夹角为30°，而当前的不对称性源于剥离后的气体重新沉降，而非持续剥离。

ABSTRACT

Since the Virgo cluster is the closest galaxy cluster in the northern hemisphere, galaxy interactions can be observed in it with a kpc resolution. The spiral galaxy NGC 4388 underwent a ram pressure stripping event ~200 Myr ago caused by its highly eccentric orbit within the Virgo cluster. This galaxy fulfills all diagnostic criteria for having undergone active ram pressure stripping in the recent past: a strongly truncated HI and Halpha disk, an asymmetric ridge of polarized radio continuum emission, extended extraplanar gas toward the opposite side of the ridge of polarized radio continuum emission, and a recent (a few 100 Myr) quenching of the star formation activity in the outer, gas-free galactic disk. We made dynamical simulations of the ram pressure stripping event to investigate the influence of galactic structure on the observed properties of NGC 4388. The combination of a deep optical spectrum of the outer gas-free region of the galactic disk together with deep HI, Halpha, FUV, and polarized radio continuum data permits to constrain numerical simulations to derive the temporal ram pressure profile, the 3D velocity vector of the galaxy, and the time since peak ram pressure with a high level of confidence. From the simulations an angle between the ram pressure wind and the galactic disk of 30 degrees is derived. The galaxy underwent peak ram pressure ~240 Myr ago. The observed asymmetries in the disk of NGC 4388 are not caused by the present action of ram pressure, but by the resettling of gas that has been pushed out of the galactic disk during the ram pressure stripping event. For the detailed reproduction of multi-wavelength observations of a spiral galaxy that undergoes or underwent a ram pressure stripping event, galactic structure, i.e. spiral arms, has to be taken into account.

研究动机与目标

• 利用多波长数据约束NGC 4388近期喷流压力剥离事件的时间、几何构型及喷流压力分布。
• 研究星系结构（特别是旋臂）对喷流压力剥离过程中剥离气体形态与运动学的影响。
• 将H I、Hα、FUV、偏振射电发射及光学光谱的观测约束与数值模拟相协调。
• 以高置信度确定NGC 4388的三维速度矢量及其峰值喷流压力以来的时间。
• 评估NGC 4388中观测到的不对称性是否由持续喷流压力引起，或为过去事件的残留效应。

提出的方法

• 对NGC 4388的星际介质（ISM）进行三维流体动力学模拟，模拟不同喷流压力分布与风向角下的情形。
• 改变旋臂相对于星系运动方向的取向，以评估其对气体剥离形态的影响。
• 引入磁场演化与同步辐射发射模型，以模拟偏振射电连续辐射发射。
• 将模拟得到的H I、Hα、FUV及偏振射电图与深度档案观测数据进行对比，以识别最佳拟合模型。
• 将恒星种群合成模型应用于外区无气体盘的深度光学光谱，以约束恒星形成熄灭以来的时间。
• 系统比较十种模拟变体，以识别最符合观测约束的模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC 4388中峰值喷流压力以来的时间是多少？其与外区盘面恒星形成熄灭时间是否一致？
• RQ2 NGC 4388相对于星系际介质的三维速度矢量为何？喷流压力风向与星系盘面之间的夹角是多少？
• RQ3 旋臂在多大程度上影响了剥离H I尾和偏振射电发射的形态与运动学？
• RQ4 H I和射电连续辐射结构中的观测不对称性是由持续喷流压力引起，还是剥离后气体松弛的结果？
• RQ5 为解释观测到的H I尾长度与剥离 timescale，热导率需被抑制多少倍？

主要发现

• 峰值喷流压力发生于约240 Myr前，峰值压力为8.3 × 10⁻¹¹ dyn cm⁻²。
• 基于最佳拟合模拟，喷流压力风向与星系盘面的夹角被约束为30°。
• NGC 4388的三维速度矢量为(0.11, -0.69, 0.72)，相对于星系际介质的总速度约为~2200 km s⁻¹。
• 外区无气体盘中恒星形成熄灭以来的时间约为200 Myr，略早于峰值喷流压力以来的时间。
• 仅两种模拟（模型9和10）在倾角为75°时重现了大多数观测约束，包括H I尾的延伸范围、H I不对称性及偏振射电脊。
• 具有低柱密度的H I尾，其剥离 timescale 约为200 Myr，与热导率被抑制25至50倍的情况一致。