[論文レビュー] Frequency and Impact of Galaxy Mergers and Interactions over the last 7 Gyr

Shardha Jogee, Seumas Miller+22 more|ArXiv.org|Feb 26, 2008

Radio Astronomy Observations and Technology参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本研究は、GEMS調査のハッブル宇宙望遠鏡および多波長データを用いて、過去70億年（z ≈ 0.24–0.80）にわたり、銀河合体および相互作用の頻度と、星形成に与える影響を測定する。強い歪みを示し合体に起因する銀河は、全赤方偏移領域において質量が2.5×10¹⁰ M☉以上の高質量系の8–12％を占め、LCDMシミュレーションと整合する合体率を示すが、宇宙の星形成率密度の30％未満に寄与している。これは、通常の銀河が全体の星形成歴を支配していることを示している。

ABSTRACT

We explore the history and impact of galaxy mergers and interactions over z~0.24 to 0.80, based on HST ACS, Combo-17, and Spitzer 24 mu data of ~4500 galaxies in the GEMS survey. Using visual and quantitative parameters,we identify galaxies with strong distortions indicative of recent strong interactions and mergers versus normal galaxies (E/S0, Sa, Sb-Sc, Sd/Irr). Our results are: (1) The observed fraction F of strongly disturbed systems among high mass (M>=2.5E10 Msun) galaxies is ~9% to 12% in every Gyr bin over z~0.24 to 0.80. The corresponding merger rate is a few times 10^-4 galaxies Gyr-1 Mpc-3. The fraction F shows fair agreement with the merger fraction of mass ratio >=1:10 predicted by several LCDM-based simulations. (2) For M>=1E9 Msun systems, the average star formation rate (SFR) of strongly disturbed systems is only modestly enhanced with respect to normal galaxies, in agreement with recent simulations. In fact, over z~0.24 to 0.80, strongly disturbed systems only account for a small fraction (

研究の動機と目的

• 深さのある多波長画像を用いて、過去70億年間にわたり銀河合体および相互作用の頻度を経験的に制約すること。
• 異なる質量の銀河におけるこれらの相互作用が星形成率（SFR）に与える影響を評価すること。
• 観測された合体率およびSFRの増幅を、LCDMに基づくシミュレーションの予測と比較すること。
• 合体駆動型星形成が宇宙のSFR密度を支配しているのか、それとも通常の銀河が主な貢献者であるのかを特定すること。

提案手法

• HST ACS F606W画像における約4,500個の銀河を、『歪み』（強い歪み、合体／相互作用候補）および『通常』（歪みなし）の2クラスに視覚的分類する。
• CASコードから得られる定量的形態パラメータ（非対称性Aおよびクラスタiness S）を用いて、視覚的分類の妥当性を検証する。
• HST ACS、COMBO-17、およびスパッツァー24 μmデータを統合して、サンプルの赤方偏移、星の質量、星形成率（SFR）を導出する。
• 赤方偏移を1 Gyrの間隔に分け（z ≈ 0.24–0.80）、合体率およびSFRの時間的変化を追跡する。
• 観測された合体率を、半アナリティカル（SA）、N体およびSPHシミュレーション（例：Hopkins et al. 2008、Somerville et al. in prep.）の予測と比較する。
• モンテカルロシミュレーションおよびより深いGOODS F850LP画像を用いたクロスチェックにより、特に高赤方偏移領域における視覚的分類の妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 赤方偏移範囲z ≈ 0.24–0.80において、質量が2.5×10¹⁰ M☉以上の高質量銀河のうち、銀河合体および強い相互作用を示す頻度はどの程度か？
• RQ2 この赤方偏移範囲において、強い歪みを示す銀河の星形成率は、通常の銀河と比べてどの程度か？
• RQ3 合体に起因する銀河は、宇宙の総星形成率密度にどの程度寄与しているか？
• RQ4 LCDMに基づくシミュレーションは、観測された合体率およびSFR増幅をどの程度うまく予測しているか？

主な発見

• 質量が2.5×10¹⁰ M☉以上の高質量系における、強い歪みを示す合体影響銀河の観測頻度Fは、赤方偏移がz ≈ 0.24から0.80の全1 Gyrの赤方偏移チャンクで一貫して8–12％である。
• 対応する合体率は、約数×10⁻⁴個の銀河 Gyr⁻¹ Mpc⁻³であり、質量比が1:10以上の合体について、LCDMベースのシミュレーションの予測と整合的である。
• 質量が1.0×10⁹ M☉以上の銀河において、強い歪みを示す系の平均SFRは、通常の銀河と比べてわずかに増幅されているにとどまる。
• 強い歪みを示す系は、赤方偏移範囲z ≈ 0.24–0.80において、宇宙の総SFR密度の30％未満を占めている。
• この赤方偏移範囲における宇宙のSFR密度の挙動は、主に合体に起因しない通常の非歪み銀河によって形作られている。
• 観測された合体頻度は、複数のLCDMベースのモデル（Hopkins et al. 2008、Somerville et al. in prep.、Benson et al. 2005、D’Onghia et al. 2008）からのシミュレートされた合体頻度と良好な一致を示している。