[論文レビュー] Different higher order kinematics between star-forming and quiescent galaxies based on the SAMI, MAGPI, and LEGA-C surveys

Francesco D’Eugenio, Arjen van der Wel+39 more|arXiv (Cornell University)|Mar 7, 2023

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 1

ひとこと要約

本研究は、SAMI、MAGPI、LEGA-C調査の深紫外・光譜観測を用いて、宇宙時間の7 Gyrにわたる空間的に統合された星の速度分布の尖度（h4）に関する初めての統計的分析を提示する。非星形成銀河は星形成銀河よりも顕著に高いh4（尖度の高い速度分布）を示し、h4は回転対分散比と負の相関を示し、星の質量および投影形状と相関を示しており、銀河タイプ間の力学的集積歴の差異を示している。

ABSTRACT

ABSTRACT We present the first statistical study of spatially integrated non-Gaussian stellar kinematics spanning 7 Gyr in cosmic time. We use deep, rest-frame optical spectroscopy of massive galaxies (stellar mass $M_\star \gt 10^{10.5} \, \mathrm{M_\odot }$) at redshifts z = 0.05, 0.3, and 0.8 from the SAMI, MAGPI, and LEGA-C surveys, to measure the excess kurtosis h4 of the stellar velocity distribution, the latter parametrized as a Gauss–Hermite series. We find that at all redshifts where we have large enough samples, h4 anticorrelates with the ratio between rotation and dispersion, highlighting the physical connection between these two kinematic observables. In addition, and independently from the anticorrelation with rotation-to-dispersion ratio, we also find a correlation between h4 and M⋆, potentially connected to the assembly history of galaxies. In contrast, after controlling for mass, we find no evidence of independent correlation between h4 and aperture velocity dispersion or galaxy size. These results hold for both star-forming and quiescent galaxies. For quiescent galaxies, h4 also correlates with projected shape, even after controlling for the rotation-to-dispersion ratio. At any given redshift, star-forming galaxies have lower h4 compared to quiescent galaxies, highlighting the link between kinematic structure and star-forming activity.

研究の動機と目的

• 質量のある銀河における高次星の運動学の宇宙時間にわたる進化を調査すること。
• 非ガウス型の速度分布（h4で測定）が星形成銀河と非星形成銀河で異なっているかどうかを特定すること。
• 質量、サイズ、速度分散、構造的パラメータを制御することで、h4の物理的駆動要因を解明すること。
• 銀河集積歴がガウス分布からのずれをどのように形作っているかを評価すること。

提案手法

• 統合スペクトルのガウス＝エルミート級数展開を用いて、星の速度分布の過剰尖度h4を測定した。
• SAMI（z ≈ 0.05）、MAGPI（z ≈ 0.3）、LEGA-C（z ≈ 0.8）の3つの深紫外スペクトル調査データを統合し、1010.5 M⊙ < M⋆ < 1011.5 M⊙の範囲をカバーした。
• ppxfを用いて星の運動学をモデル化し、赤方偏移にわたる一貫性のある測定を確保した。
• 統計的モデルを適用して、h4と運動学的・構造的・物理的パラメータの相関を評価し、交絡要因を制御した。
• 星形成シーケンスからの位置に基づいて、銀河を星形成型または非星形成型に分類した。
• 複数回帰および偏相関解析を用いて、h4が質量、サイズ、速度分散、形状に与える独立した依存関係を分離した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 質量のある銀河において、高次運動学モーメントh4は7 Gyrの宇宙時間にわたってどのように進化するか？
• RQ2 星形成銀河と非星形成銀河は、他の運動学的性質とは独立して、系統的に異なるh4値を示すか？
• RQ3 h4と回転対分散比（V/σ）の相関は、星の質量とサイズとは独立して成立するか？
• RQ4 運動学的比を制御した後でも、非星形成銀河においてh4は銀河の形状またはバルジ率と相関するか？
• RQ5 運動学的構造への依存関係を超えて、h4は星の質量、速度分散、またはサイズと独立に相関するか？

主な発見

• 非星形成銀河は、すべての赤方偏移で星形成銀河よりも顕著に高いh4を示しており、これは星の速度分布がより尖度の高い（広帯域の）形状であることを示している。
• すべての赤方偏移でh4は回転対分散比（V/σ）と負の相関を示しており、回転支持と速度分布形状の間には物理的関連があることが確認された。
• 星の質量を制御した後もh4は質量と相関を示しており、銀河集積歴または形成 timescale との関連を示唆している。
• 質量を制御した場合、h4と開口速度分散や銀河サイズとの独立した相関は確認されず、これらは非ガウス性の主な駆動要因ではないことが示された。
• 非星形成銀河においては、V/σを制御した後もh4は投影形状（例：楕円度）と相関を示しており、構造的要因が速度分布の尖度に影響を与えていることが示唆された。
• 星形成銀河と非星形成銀河の間で観測されたh4の差異は、星形成活動および構造的進化と関連する根本的な力学的差異を強調している。