[論文レビュー] Formation of S0 galaxies through mergers. Evolution in the Tully-Fisher relation since $z\sim1$
本稿では、質量の大きなS0銀河が $z\sim1.8-1.5$ でマジョル・マージナーによって形成され、その後孤立した状態で受動的進化を経ることで、$z\sim0.8$ のTully-Fisher関係（TFR）の外れ値から $z=0$ の局所的TFRに一致するようになるという仮説を提示する。モデルは $V_{\mathrm{circ}}$ を用いた運動学的指標により、観測されたS0のTFRのずれと散らばりを説明でき、逆行的マージナーの残骸は反転運動を示すS0と一致する。
(Abridged version) We explore whether a scenario that combines an origin by mergers at $z\sim$1.8-1.5 with a subsequent passive evolution of the resulting S0 remnants since $z \sim$0.8-1 is compatible with observational data of S0s in the Tully-Fisher relation (TFR). We studied a set of major and minor merger experiments from the GalMer database that generate massive S0 remnants. We analysed the location of these remnants in the photometric and stellar TFRs assuming that they correspond to $z\sim0.8$ galaxies. We then estimated their evolution in these planes over the last 7 Gyr. The results were compared with data of real S0s and spirals at different redshifts. We also tested how the use of Vcirc or Vrot,max affects the results. We found that just after $\sim$1-2 Gyr of coalescence, major mergers generate S0 remnants that are outliers of the local photometric and stellar TFRs at $z\sim0.8$. After $\sim$4-7 Gyr of passive evolution in isolation, the S0 remnants move towards the local TFR, although the initial scatter among them persists. This scatter is sensitive to the indicator used for the rotation velocity: Vcirc values yield a lower scatter than when Vrot,max values are considered instead. In the planes involving Vrot,max, a clear segregation of the S0 remnants in terms of the spin-orbit coupling of the model is observed, in which the remnants of retrograde encounters overlap with local S0s hosting counter-rotating discs. The location of the S0 remnants at $z\sim 0$ agrees well with the observed distribution of local S0 galaxies in the $σ_0$-$M_K$, Vcirc-$σ_0$ and Vrot,max-$σ_0$ planes. Thus, massive S0 galaxies may have been formed through major mergers that occurred at high redshift and have later evolved towards the local TFR through passive evolution in relative isolation, a mechanism that would also contribute to the scatter observed in this relation.
研究の動機と目的
- マジョル・マージナーに続く受動的進化が、$z\sim0.8$ から $z=0$ にかけてS0銀河のTully-Fisher関係における進化を説明できるかどうかを検証すること。
- 高赤方偏移域でTFRの外れ値となるが、初期の外れ値を経て、$z=0$ で局所的TFRに一致するよう進化するS0の残骸が、どのようにして局所的TFRに一致するかを評価すること。
- S0残骸のTFR内での位置に与える影響を評価するため、異なる運動学的指標（$V_{\mathrm{circ}}$ と $V_{\mathrm{rot,max}}$）の違いを検討すること。
- マージナー・シミュレーションにおけるスピン-軌道結合が、局所的S0に見られる運動学的多様性（反転運動を示す円盤を含む）を再現できるかどうかを検証すること。
提案手法
- GalMerデータベースからのマジョル・マージナーおよびマイノル・マージナーのシミュレーション結果を用いて、質量が大きく動的平衡にあるS0に類似した残骸を生成した。
- これらの残骸について、$z\sim0.8$ における光度的および星族のTully-Fisher関係を、$V_{\mathrm{circ}}$ および $V_{\mathrm{rot,max}}$ を回転速度の指標として用いて構築した。
- 約7 Gyrにわたる受動的進化をモデル化し、孤立状態での残骸の老化を再現した。これには星族の減光および残留星形成の影響を含めた。
- 残骸の光度および速度の進化を、$M_K$–$V$、$\sigma_0$–$M_K$、および $V$–$\sigma_0$ 平面上で追跡し、$z=0$ および $z\sim0.8$ の観測データと比較した。
- マージナーの前身天体のスピン-軌道結合を分析し、それが結果として得られるS0残骸の運動学的構造に与える影響を評価した。
- モデルの妥当性を検証するため、局所的S0および高赤方偏移域のスパイラル銀河/S0の観測データと比較した。
実験結果
リサーチクエスチョン
- RQ1マジョル・マージナーによって形成されたS0銀河が、$z\sim1.8-1.5$ で形成され、その後受動的進化を経て $z=0$ に至るまでに局所的Tully-Fisher関係に一致するようになるか。
- RQ2運動学的指標の選択（$V_{\mathrm{circ}}$ と $V_{\mathrm{rot,max}}$）が、TFR内でのS0残骸の散らばりと位置に与える影響は何か。
- RQ3逆行的マージナーの残骸は、反転運動を示す円盤を有する局所的S0の運動学的性質を再現できるか。
- RQ4孤立した状態での受動的進化が、高赤方偏移域のS0のTFRと局所的TFRとの間の観測されたずれをどの程度説明できるか。
- RQ5S0のTFRにおける観測された散らばりは、初期のマージナー残骸の多様性とその後の進化によって説明可能か。
主な発見
- マジョル・マージナーが $z\sim1.8-1.5$ で形成したS0残骸は、$z\sim0.8$ において光度的および星族のTFRの外れ値となり、高赤方偏移域S0の観測結果と整合的である。
- 約7 Gyrの受動的進化の後、これらの残骸は局所的TFRに近づき、$M_K$–$V_{\mathrm{circ}}$、$\sigma_0$–$M_K$、および $V_{\mathrm{circ}}$–$\sigma_0$ 平面上で観測された局所的S0と重複する。
- $V_{\mathrm{circ}}$ を用いることで、$V_{\mathrm{rot,max}}$ を用いた場合に比べてTFR内の散らばりが低減され、局所的S0のTFRとより良好に一致する。
- 逆行的マージナーの残骸は、$V_{\mathrm{rot,max}}$–$\sigma_0$ 平面上で反転運動を示すS0と重複し、このような系のマージナー起源を支持する。
- 受動的進化の約7 Gyrにわたり、$B$-バンドで約1.3 mag、$K$-バンドで約0.8 magの減光が発生し、スパイラル銀河とS0のTFRの間の観測されたずれと一致する。
- マイノル・マージナーの残骸は初期段階で局所的TFRに近く、顕著な進化を示さないため、TFRの散らばりやずれに寄与しないとされる。
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このレビューはAIが作成し、人間の編集者が確認しました。