[論文レビュー] Caught in the Act: The Assembly of Massive Cluster Galaxies at z=1.62

Jennifer M. Lotz, Casey Papovich+14 more|arXiv (Cornell University)|Oct 17, 2011

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 8被引用数 5

ひとこと要約

本研究は、CANDELSのハッブルWFC3近赤外画像を用いて、z=1.62の高赤方偏移プロトクラスタで、質量が大きな銀河の急速な形成を調査している。42%の質量が大きなクラスタ銀河が近接連星または二重核を有しており、これはフィールド銀河のレートの10倍以上である。これは、主に断熱的でない合体が加速的に進行していることを示しており、一部の系には二重AGNが存在し、密集した環境での初期段階の活発な成長を示唆している。

ABSTRACT

We present the recent merger history of massive galaxies in a spectroscopically-confirmed proto-cluster at z=1.62. Using HST WFC3 near-infrared imaging from the Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey (CANDELS), we select cluster galaxies and z ~ 1.6 field galaxies with M_star >= 3 x 10^10 M_sun, and determine the frequency of double nuclei or close companions with projected separations less than 20 kpc co-moving and stellar mass ratios between 1:1 and roughly 10:1. We find that four out of five spectroscopically-confirmed massive proto-cluster galaxies have double nuclei, and 42 +13/-25 % of all M_star >= 3 x 10^10 M_sun cluster candidates are either in close pair systems or have double nuclei. In contrast, only 4.5 +/- 2.6% of the field galaxies are in close pair/double nuclei systems. The implied merger rate per massive galaxy in the proto-cluster is 3-10 times higher than the merger rate of massive field galaxies at z ~ 1.6, depending upon the assumed mass ratios. Close pairs in the cluster have minor merger stellar mass ratios (M_primary:M_satellite ~ 6:1), while the field pairs are typically major mergers with stellar mass ratios between 1:1 and 4:1. At least half of the cluster mergers are dissipationless, as indicated by their red colors and low 24 micron fluxes. Two of the double-nucleated cluster members have X-ray detected AGN with L_x > 10^43 erg/s, and are strong candidates for dual or offset super-massive black holes. We conclude that the massive z = 1.62 proto-cluster galaxies are undergoing accelerated assembly relative to the field population, and discuss the implications for galaxy evolution in proto-cluster environments.

研究の動機と目的

• 高赤方偏移（z≈1.62）の密集したプロトクラスタ環境における質量が大きな銀河の形成と進化を理解すること。
• プロトクラスタに存在する質量が大きな銀河が、フィールド銀河と比較して合体によって加速的に集積されるかどうかを検証すること。
• これらの系で銀河成長を駆動する合体の性質（主要対主要、または小規模対主要、乾燥的対湿潤的）を特定すること。
• プロトクラスタ内の合体系におけるAGN活動と星形成の役割を評価すること。
• クラスタの準静的状態（virialization）が中心銀河のさらなる質量集積を規制または停止させるかどうかを評価すること。

提案手法

• CANDELS調査のハッブルWFC3近赤外画像を用いて、z=1.62のスペクトロスコピックに確認されたプロトクラスタ内で質量が大きな銀河（M_star ≥ 3×10^10 M_sun）を同定した。
• 20 kpc（共動距離）未満の投影距離と星形成物質量比（1:1から10:1）を測定し、二重核および近接同伴を分類した。
• 同程度の赤方偏移と星形成物質量を有するフィールド銀河と比較して、プロトクラスタ銀河とフィールド銀河の合体頻度を比較した。
• SEDフィッティングと24 μmの放射度測定値を用いて、合体を断熱的（赤色、24 μmが小さい）または星形成的（青色、24 μmが大きい）に分類した。
• 二重核を持つ系内でX線で検出されたAGN（L_X > 10^43 erg s⁻¹）を同定し、二重またはずれた超大質量ブラックホールの存在を調査した。
• 合体スケールと質量増加要件を評価し、階層的銀河形成モデルとの整合性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z=1.62のプロトクラスタにおいて、質量が大きな銀河の近接連星および二重核の頻度は、フィールド銀河と比べてどの程度か？
• RQ2 プロトクラスタ内の合体の質量比分布は何か？ これはフィールド銀河の合体とどのように異なるか？
• RQ3 色および24 μmの放射度に基づいて、観測された合体は主に乾燥的（断熱的）か湿潤的（星形成的）か？
• RQ4 二重核を持つクラスタ銀河のうち、二重またはずれたAGNを有するものはいるか？ これは合体中の超大質量ブラックホールの存在を示唆するか？
• RQ5 プロトクラスタにおける観測された合体率は、z≈0.8における現在の質量が大きなクラスタ銀河の成長を支えられるか？

主な発見

• 質量が大きな（M_star ≥ 3×10^10 M_sun）プロトクラスタ銀河の42%が近接連星または二重核を有しており、z≈1.6のフィールド銀河の4.5%と比較して顕著に高い。
• スケーラブルに確認された5つの質量が大きなプロトクラスタ銀河のうち4つが二重核を示しており、極めて高い合体率を示している。
• 近接クラスタ連星は主に小規模合体の質量比（約6:1）を示しているが、フィールド連星は通常主要合体（1:1から4:1）である。
• 少なくとも半数のクラスタ合体が、赤色の色と低い24 μm放射度により、断熱的であると示唆されている。
• 2つの二重核を持つクラスタメンバーに、L_X > 10^43 erg s⁻¹のX線検出済みAGNが存在し、二重またはずれた超大質量ブラックホールの存在を示唆している。
• プロトクラスタにおける合体率は、フィールドの3〜10倍高く、密集した環境が質量集積を加速していることを示している。