[論文レビュー] Gas accretion in disk galaxies

F. Combes|arXiv (Cornell University)|Sep 6, 2013

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、外部からのガス降着が、銀河の星形成、定常的進化、構造的進化を維持するために不可欠であると主張している。高赤方偏移サーベイからのシミュレーションおよび観測データを用いて、ばねや非軸対称構造によって駆動されるガス流入が、内側から外側へのディスク成長、半径方向の移動、金属量勾配の逆転を説明できることを示している。ガス分率はz=0で5%からz≈2.3で50%に増加する。

ABSTRACT

Gas accretion is necessary to maintain star formation, spiral and bar structure, and secular evolution in galaxies. This can occur through tidal interaction, or mass accretion from cosmic filaments. Different processes will be reviewed to drive gas towards galaxy centers and trigger starbursts and AGN. The efficiency of these dynamical processes can be estimated through simulations and checked by observations at different redshift, across the Hubble time. Large progress has been made on galaxies at moderate and high redshifts, allowing to interpret the star formation history and star formation efficiency as a function of gas content, dynamical state and galaxy evolution.

研究の動機と目的

• 外部ガス降着がディスク銀河における星形成と定常的進化を維持する役割を理解すること。
• 宇宙時間にわたる観測された内側から外側へのディスク成長と半径方向移動を説明すること。
• ガス降着がばねの進化、金属量勾配、銀河形態に与える影響を調査すること。
• ガス分率の赤方偏移に伴う進化を定量化し、星形成効率への影響を評価すること。
• ねじれリング、極座標リング、および組成勾配の逆転といったガス降着の観測的兆候を特定すること。

提案手法

• スパイラル銀河における滑らかで平面内のガス降着のシミュレーションを実施し、星の表面密度および速度分散の進化をモデル化する。
• PHIBSS、COLDGASS、GASSサーベイからの観測データを分析し、異なる赤方偏移におけるガス分率と星形成率を測定する。
• ケニクット＝シュナイダー則を用いてガス表面密度とSFR表面密度の関係を記述し、時間に依存する消滅時定数 t_dep = 1.5(1+z)^−1.05 Gyr を用いる。
• 観測されたsSFRの進化とシミュレーション予測を比較し、主系列星形成におけるガス降着の役割を検証する。
• 高赤方偏移サーベイ（例：MASSIV、S4G）の検討を通じて、降着と関連する金属量勾配の逆転や非対称性を検出する。
• ねじれリング、極座標リング、および高速雲といった運動学的・形態的特徴を、非一致降着のトレーサーとして分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 外部ガス降着はどのようにしてスパイラル銀河における星形成を維持し、ディスクの停止を防いでいるのか？
• RQ2 内側から外側へのディスク成長を駆動するメカニズムは何か？ そしてそれはガス降着とばねダイナミクスとどのように関係しているのか？
• RQ3 一部の高赤方偏移銀河で金属量勾配が逆転するのはなぜか？ 降着はその役割を果たしているか？
• RQ4 ガス分率は赤方偏移とともにどのように変化するのか？ そして星形成効率に与える影響は何か？
• RQ5 ねじれリング、極座標リングといった観測的兆候は、非一致ガス降着の直接的証拠を提供するのか？

主な発見

• 高赤方偏移における銀河の質量構築において、ガス降着は合体より約1桁大きい重要性を持つと推定されている。
• ディスク銀河におけるガス分率は、z=0で約5%からz=1.2で34%、z=2.3で44%に増加し、z≈1–2における星形成活動のピークを説明している。
• 特定星形成率（sSFR）は赤方偏移とともに増加し、消滅時定数 t_dep = 1.5(1+z)^−1.05 Gyr がPHIBSSおよびCOLDGASSからの観測と整合的である。
• 高赤方偏移銀河（例：MASSIVサーベイ）では金属量勾配の逆転が観測されており、これは低金属量ガスの流入によって中心部が急速に希釈され、強化が追いつかないことによるものである。
• ねじれリングおよび極座標リングは、非一致でフィラメント状のガス降着を強く示すトレーサーであり、沈殿時間は数ギガ年におよぶ。
• ガス降着は合体がなくても、非対称性、片持ち、スターバーストを引き起こすなど、銀河相互作用を模倣することができる。