[論文レビュー] Dynamical Properties of z~2 Star Forming Galaxies and a Universal Star Formation Relation

N. Bouché, G. Cresci+18 more|SPIRE - Sciences Po Institutional REpository|Jun 19, 2007

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 75被引用数 147

ひとこと要約

本研究では、SINFONI/VLTの積分場分光法とIRAM CO干渉計を用いて、z~2の星形成銀河の力学的性質を、UV選択、光学的選択、Submillimeter選択のサンプルで比較して分析している。UV/光学的に明るい銀河は回転円盤と整合的な普遍的な速度-サイズ関係に従うのに対し、コンパクトで高密度なSMGsは、傾斜が約1.7の普遍的なSchmidt-Kennicutt関係を支持する、散漫な主要合体を示している。

ABSTRACT

We present the first comparison of the dynamical properties of different samples of z~1.4-3.4 star forming galaxies from spatially resolved imaging spectroscopy from SINFONI/VLT integral field spectroscopy and IRAM CO millimeter interferometry. Our samples include 16 rest-frame UV-selected, 16 rest-frame optically-selected and 13 submillimeter galaxies (SMGs). We find that restframe UV- and optically bright (K<20) z~2 star forming galaxies are dynamically similar, and follow the same velocity-size relation as disk galaxies at z~0. In the theoretical framework of rotating disks forming from dissipative collapse in dark matter halos, the two samples require a spin parameter ranging from 0.06 to 0.2. In contrast bright SMGs have larger velocity widths and are much more compact. Hence, SMGs have lower angular momenta and higher matter densities than either of the UV- or optically selected populations. This indicates that dissipative major mergers may dominate the SMGs population, resulting in early spheroids, and that the majority of UV/optically bright galaxies have evolved less violently [...]. These early disks may later evolve into spheroids via disk instabilities or mergers. Because of their small sizes and large densities, SMGs lie at the high surface density end of a universal (out to z=2.5) "Schmidt-Kennicutt" relation between gas surface density and star formation rate surface density with a slope of ~1.7.

研究の動機と目的

• UV、光学、Submillimeter選択の異なる選択基準に従うz~2の星形成銀河の力学的性質を比較すること。
• z~2におけるUVおよび光学的に明るい銀河が、局所の円盤銀河と同じ運動学的関係に従うかどうかを特定すること。
• Submillimeter銀河（SMGs）における高表面密度の原因とその力学的進化を調査すること。
• z~2におけるSchmidt-Kennicutt関係の普遍性を、多様な銀河集団にわたって検証すること。
• 高赤方偏移星形成銀河のスピンパラメータおよび角運動量含量を制約すること。

提案手法

• SINFONI/VLTを用いた空間分解済み積分場分光法により、z~1.4–3.4の16個のUV選択銀河、16個の光学選択銀河、13個のSMGsの速度場と力学的質量を測定した。
• IRAMを用いたミリ波長CO干渉計により、同じサンプルの分子ガス含量と運動学を測定した。
• 発光線プロファイルの運動学的モデリングから、速度-サイズ関係および力学的質量推定値を導出した。
• 回転支持を仮定して、λ = V_max / (2V_circular) の関係を用いてスピンパラメータを計算した。
• ガス表面密度と星形成率表面密度のプロットを通じて、Schmidt-Kennicutt関係を構築した。
• 観測された運動学を、ダークマターハロー内での散漫な収縮の理論的予想と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 UVおよび光学的に選択されたz~2の星形成銀河は、同様の力学的性質を示すか？
• RQ2 z~2の円盤型銀河のスピンパラメータは何か？ また、理論的予想と比較するとどうなるか？
• RQ3 Submillimeter銀河（SMGs）の力学的性質は、UVおよび光学的に選択された銀河とどのように異なるか？
• RQ4 z~2におけるSchmidt-Kennicutt関係は普遍的か？ また、多様な銀河集団における傾きは何か？
• RQ5 合体や円盤不安定性といった物理的過程が、観測された運動学的差異をどのように説明できるか？

主な発見

• UVおよび光学的に明るいz~2銀河（K<20）は、局所の円盤銀河と同じ速度-サイズ関係に従っており、同様の回転運動を示していることが判明した。
• これらの銀河は、ダークマターハロー内での散漫な収縮に一致するスピンパラメータ（0.06〜0.2）を必要としている。
• Submillimeter銀河（SMGs）は、UV/光学的に選択された銀河と比較して顕著にコンパクトで、速度幅が大きく、より低い角運動量と高い物質密度を示している。
• SMGsの力学的性質は、散漫な主要合体によって最もよく説明され、初期の球状銀河の形成を示している。
• 3つの集団すべてがz=2.5まで普遍的なSchmidt-Kennicutt関係上に位置しており、傾きは約1.7であった。
• SMGsは、強力でコンパクトな星形成に一致する、Schmidt-Kennicutt関係の高表面密度領域に位置している。