[論文レビュー] Evolution of the stellar metallicities of galaxies in the EAGLE simulations

M. E. De Rossi, R. G. Bower+3 more|arXiv (Cornell University)|May 16, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 5

ひとこと要約

本研究は、EAGLE宇宙論的流体力学的シミュレーションにおける星族の金属量–質量関係を調査し、固定された星質量において金属量が低い銀河は、ガス分率が高く、特異的星形成率（sSFR）が高く、星の年齢が新しい傾向にあることを発見した。活動的銀河核（AGN）フィードバックは、高質量銀河の金属量を支配的に制御しており、AGNフィードバックの抑制により、$10^{11}\,M_\odot$ で最大0.3デシベルの金属量上昇が生じることを示しており、$M_*-Z_*$ 関係を形作る上でその重要な役割を強調している。

ABSTRACT

We study the correlation between stellar mass and stellar metallicity in the Evolution and Assembly of GaLaxies and their Environments (EAGLE) suite of cosmological hydrodynamical simulations. At a given stellar mass, simulated galaxies with lower stellar metallicities show, on average, higher gas fractions, higher specific star formation rates and younger stellar populations. Active galactic nuclei feedback seems to play an important role on the determination of the stellar metallicity at high stellar masses. In general, simulated systems follow a well-defined anticorrelation between stellar metallicity and gas fraction, which does not evolve significantly with redshift. All these trends are consistent with previous findings regarding the metallicity of the star-forming gas in EAGLE.

研究の動機と目的

• EAGLEシミュレーションにおいて、固定された星質量（$M_*$）における星族の金属量（$Z_*$）のグローバル銀河特性への二次的依存関係を理解すること。
• 特に、高質量領域における活動的銀河核（AGN）フィードバックが$Z_*$をどのように制御するかを調査し、$M_*-Z_*$ 関係の勾配に与える影響を明らかにすること。
• 赤方偏移およびシミュレーション解像度の変化に伴って、$Z_*$ と星形成ガス分率（$f_{\rm SF,gas}$）の逆相関がどのように変化するかを検証すること。
• シミュレートされた$Z_*$ の傾向を観測されたスケーリング関係と比較し、特に$Z_*$、$M_*$、$f_{\rm SF,gas}$ を結ぶ「普遍的金属量関係」を検討すること。

提案手法

• 本研究は、$M_*-Z_*$ 関係およびガス分率、特異的星形成率（sSFR）、星の年齢といった二次的依存関係を分析するために、高解像度のEAGLE-Recal-L025N0752シミュレーションを用いた。
• 銀河のサンプルは、$f_{\rm SF,gas}$、sSFR、星の年齢ごとにビニングされ、固定された$M_*$ における$Z_*$ の傾向を分離した。
• AGNフィードバックの分析には、中程度解像度のL050N0752シミュレーションを用い、AGN加熱温度の変更（$\Delta T_{\rm AGN}$）を含む、NOAGN（完全に抑制済み）、Ref（$10^{8.5}$ K）、AGNdT8（$10^8$ K）、AGNdT9（$10^9$ K）の4条件を含む。
• 赤方偏移にわたる中央値の$M_*-Z_*$ 関係と散乱を計算し、誤差棒は25百分位数と75百分位数を示した。
• シミュレーションの傾向を観測的制約およびEAGLEにおける気体相金属量に関する先行研究と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 EAGLEシミュレーションにおいて、固定された星質量（$M_*$）における星族の金属量（$Z_*$）は、ガス分率、sSFR、星の年齢とどのように変化するか？
• RQ2 高質量領域における$M_*-Z_*$ 関係を形作る上で、AGNフィードバックが果たす役割は何か？
• RQ3 EAGLEシミュレーションにおいて、$Z_*$ と$f_{\rm SF,gas}$ の逆相関は赤方偏移に伴って進化するか？
• RQ4 AGNフィードバック強度（$\Delta T_{\rm AGN}$）の変化が、$M_*-Z_*$ 関係のノーマライゼーションおよび勾配にどのように影響するか？

主な発見

• 固定された$M_*$ において、$Z_*$ が低い銀河は、より高い星形成ガス分率（$f_{\rm SF,gas}$）、より高い特異的星形成率（sSFR）、より若い星の年齢を示す。
• $Z_*$ と$f_{\rm SF,gas}$ の逆相関は強く、赤方偏移に伴う顕著な進化を示さないため、「普遍的金属量関係」の存在を支持する。
• AGNフィードバックは、$M_* > 10^{10}\,M_\odot$ の領域で$Z_*$ を制御する上で中心的な役割を果たしており、AGNフィードバックの抑制により、$M_* \sim 10^{11}\,M_\odot$ で$Z_*$ が最大0.3デシベル上昇する。
• $\Delta T_{\rm AGN}$ が増加するにつれて、$M_*-Z_*$ 関係の勾配は減少し、強いAGNフィードバックが関係を平坦化することが示唆された。
• これらの傾向は、EAGLEにおける気体相金属量に関する先行研究と整合的であり、フィードバック、ガス含量、金属増幅の間の関係を強化するものである。