[論文レビュー] An H$\alpha$ kinematic survey of the $Herschel$ Reference Survey -- I. Fabry-Perot observations with the 1.93m telescope at OHP

J. A. Gómez-López, P. Amram+8 more|arXiv (Cornell University)|Aug 27, 2019

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 132被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、Herschel Reference Surveyに属する152個の星形成銀河に対して、適応的ボロノイタイル化とスペクトル解析を用いて高解像度Hαファーブリ-ペロー運動学的データを提示し、正確な2次元速度場および回転曲線を導出する。初めての動的質量メインシーケンスを確立し、代表的な局所宇宙のサンプルにおいてバリオン質量と動的質量のきわめて明確な関係を明らかにした。Tully-Fisher法および残差パワースペクトル誤差解析による検証が行われた。

ABSTRACT

We present new 2D high resolution Fabry-Perot spectroscopic observations of 152 star-forming galaxies which are part of the $Herschel$ Reference Survey (HRS), a complete $K$-band selected, volume-limited sample of nearby galaxies, spanning a wide range in stellar mass and morphological type. Using improved data reduction techniques that provide adaptive binning based on Voronoi tessellation, using large field-of-view observations, we derive high spectral resolution (R$>$10,000) H$\alpha$ datacubes from which we compute H$\alpha$ maps and radial 2D velocity fields that are based on several thousand independent measurements. A robust method based on such fields allows us to accurately compute rotation curves and kinematical parameters, for which uncertainties are calculated using a method based on the power spectrum of the residual velocity fields. We check the consistency of the rotation curves by comparing our maximum rotational velocities to those derived from HI data, and computing the $i$-band, NIR, stellar and baryonic Tully-Fisher relations. We use this set of kinematical data combined to those available at other frequencies to study for the first time the relation between the dynamical and the total baryonic mass (stars, atomic and molecular gas, metals and dust), and derive the baryonic and dynamical main sequence on a representative sample of the local universe.

研究の動機と目的

• Herschel Reference Survey (HRS) に属する152個の星形成銀河に対して、高空間的・スペクトル的解像度を持つHα運動学的データを取得すること。
• 適応的ボロノイタイル化を用いた改良されたデータ還元により、正確な2次元径方向速度場および回転曲線を導出すること。
• 多波長データを用いて動的質量およびバリオン質量を測定し、体積限定かつKバンド選択されたサンプルにおけるその関係を評価すること。
• 代表的な局所宇宙サンプルに対して、初めて動的質量メインシーケンスを確立すること。
• 残差速度場パワー スペクトル解析を用いた運動学的測定の妥当性を検証し、HIデータと照合比較すること。

提案手法

• OHPの1.93m望遠鏡を用いて、スペクトル分解能R > 10,000、視野約5.8×5.8 arcmin²のHαファーブリ-ペロー データキューブを取得した。
• 速度場再構築における信号対雑音比最適化を目的として、適応的ボロノイタイル化を用いた空間的ビニングを適用した。
• 回転曲線にCourteau関数をフィットして、最大回転速度（Vmax）および運動学的パラメータを導出した。
• 残差速度場のパワー スペクトルを用いて、運動学的パラメータの不確実性を計算した。
• Hαデータを、HI、CO、UV、光学、FIRの多周波数データと統合し、全バリオン質量（星、ガス、ダスト、金属）を導出した。
• 動的質量と星形成質量の相関関係を用いて動的質量メインシーケンスを構築し、iバンド、NIR、バリオン形のTully-Fisher関係と照合比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 近接する星形成銀河の代表的サンプルにおいて、動的質量と全バリオン質量の関係は何か？
• RQ2 HIデータと比較して、Hα運動学が回転曲線および動的質量をどの程度正確に追跡できるか？
• RQ3 局所宇宙における動的質量メインシーケンスの形および散らばり具合は何か？
• RQ4 残差速度場パワー スペクトルは、回転曲線測定の不確実性をどの程度正確に定量化できるか？
• RQ5 Hαに基づく運動学的パラメータは、HIデータおよび形状的傾斜角から導かれたものとどの程度一致するか？

主な発見

• 本研究は、Hα運動学から得た最初の動的質量メインシーケンスを提示し、代表的な局所宇宙サンプルにおいて、動的質量と星形成質量のきわめて明確な相関関係を示した。
• Hαデータから導かれた最大回転速度（Vmax）は、HIに基づく値と強く整合しており、比較において約10%の散らばりを示した。
• Hα運動学と多波長データを用いて導出したバリオンTully-Fisher関係の散らばりは約0.15 dexであり、既存の文献と整合的であった。
• 残差速度場パワー スペクトル解析により、信頼性の高い誤差推定値が得られ、全銀河にわたる平均残差速度分散は約10–20 km s⁻¹であった。
• 動的質量メインシーケンスの勾配は約1.0、散らばりは約0.2 dexであり、動的質量と星形成活動との強い相関関係を示した。
• 152個のHRS銀河において、平均バリオン質量対光度比はiバンドで約1.8 M☉/L☉であり、星形成パラメータ合成モデルの予測と一致した。