ISM Properties and Star Formation Activities in IC 10: 2D Cross-correlation Analysis of Multi-wavelength Data : 왜소은하 IC 10 내의 성간물질의 특성과 별 형성 활동: 다파장 자료를 이용한 2차원 상관관계 분석

국문 초록 (Abstract)

왜소은하들은 계층적 은하 합병 모델의 은하 진화를 이해하는데 아주 중요한 천체로 주목을 받고 있다. 특히 청색밀집왜소은하(blue compact dwarf galaxies)의 경우, 별 형성 역사를 연구하는데 아주 중요한 천체로 인식되고 있다. IC 10은 국부 은하군에 존재하는 청색밀집왜소은하로 현재 폭발적 별 형성 현상 (0.2 M·yr-1)이 관측되고 있는 은하이다. 이 은하는 중원소 함량이 매우 낮은 환경의 (Z~0.2~Z·; 12+log(O/H)~8.2) 별 형성 활동 및 성간물질의 특성을 연구하는데 아주 적합한 은하이다. 이번 연구에서는 IC 10 내의 성간물질의 특성 및 별 형성 활동에 초점을 맞춰 연구를 진행하였다. 별 형성 활동을 알아 보기 위해 한국우주전파관측망 (KVN) 단일경 관측을 통해 22 GHz에서의 물 분자메이저 선을 관측하였다. 성간물질의 특성과 별 형성 역사 및 활동에 관한 연구를 위해 SMA CO 분자선, VLA 수소 원자선, H 방출선 및 [O III] 금지선, Spitzer 우주 망원경의 8μm 및 24μm, 광학 U-band, 2micron 전천탐사 K-band의 다파장 자료에 2차원 상관관계 분석을 통해 수치적 분석을 시도하였다. 2차원 상관관계 분석을 통해 IC 10에서의 폭발적 별 형성 활동이 약 10 Myr 전부터 있었음을 확인하였고, 약 1 Gyr 이전에 늙은 별들로 이루어진 은하 원반이 탄생한 것을 확인하였다. 또한 은하 내부에 존재하는 2 곳의 폭발적 별 형성 지역인 남동부 (IC 10 SE)와 북서부 (IC 10 NW)의 성간물질의 특성 및 별 형성 활동이 매우 다른 것을 확인하였고, 이로부터 이 두 지역이 서로 다른 단계의 폭발적 별 형성 활동을 보이고 있음을 추론할 수 있었다. 이러한 차이는 폭발적 별 형성이 발생한 원인 및 주변 환경에 따른 요인으로 보인다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Dwarf galaxies are important objects to understand the evolution of galaxies in the hierarchical formation paradigm of the universe. Especially, Blue Compact Dwarf (BCD) galaxies are good samples to study the star formation history of the universe. IC 10 is a nearby (~0.7 Mpc) irregular BCD galaxy which is likely to be experiencing an intense and recent burst of star formation with largely extended HI disk. This nearby premature system showing high star formation rate (~0.2 M · yr-1) but low metallicity (Z~0.2 Z · ; 12+log(O/H)~8.2) provides critical environment of interstellar medium (ISM) under which current galactic star formation models are challenged. To understand the evolution history of IC 10, we probe the gas and star formation properties of actively star forming regions in IC 10 using the Korea VLBI Network (KVN) and complementary archival data. The gas properties in different phases and star formation activities in different time scales associated with star forming regions are studied using the Sub-millimeter Array (SMA) CO lines, Very Large Array (VLA) HI 21cm, Spitzer 8μm and 24μm dust emissions, optical emission lines such as Hα and [O~III], optical U-band, and 2 Micron All Sky Survey (2MASS) K-band data. To make quantitative analysis of the ISM properties and star formation activities in the galaxy, we apply 2D cross-correlation technique to the multi-wavelength data for the first time. By analyzing the results of 2D cross-correlation between tracers with different scales, we discuss the gas properties, the relation between gas conditions and star formation activities, and star formation history of IC 10, an important target to understand the star formation mechanism in a system with low metal abundance. From correlation coefficients between tracers of gas phases ([O III], VLA HI, BIMA CO, and Spitzer 8μm) in a two dimensional space, it is inferred from the high values of correlation coefficients (r?0.5) between CO, HI, and 8μm that neutral HI gas constructs complex filament structures with molecular gas and interstellar dust in dense regions. Meanwhile, the low values of correlation coefficients (r<0.1) between [O III] and other tracers indicate hot ionized gas is distinct in spatial distribution with the other cold gases. From the same analysis which is applied to tracers of star formation (Hα, Spitzer 24μm, optical U-band, and 2MASS K-band), there are recent starbursts (~10 Myrs) which is confirmed from the strong correlation between Hα and 24μm (r=0.822) on the main stellar disk of IC 10 which is dominantly consisted with old stellar populations traced by K-band (?1 Gyrs). By applying the same method to representative starburst regions, south-east (SE) and north-west (NW) region of IC 10, there are quite large differences in star formation activities and ISM properties. IC 10 SE shows plenty cold gas, strong H2O kilo-maser, and well-mixed stellar populations from new-born stars (?10 Myrs) to old stars (?1 Gyrs). These are the signposts of the active star formation activities in this region (?1 Gyrs and ?100 Myrs). In contrast, IC 10 NW shows the dominant hot ISM, the lack of cold gas, no H2O maser detection, and the offsets between young stars and old stars. These indicate that the complex star formation history in this region, which shows the migration star forming regions from south at 1 Gyr ago to north at a few hundreds Myr ago, then IC 10 NW now. From the absence of H2O kilo-maser indicates no or weak star formation activities less than 0.1 Myr time scale in this region. Based on these differences, two regions might be in different stages of starburst.