[論文レビュー] Gas and Metal Contents of Galaxies and Gaseous Halos: Preventive versus Ejective Feedback

Yu Lu, H. J. Mo+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 8, 2015

Spectroscopy and Laser Applications被引用数 5

ひとこと要約

本研究は、銀河形成における発破的フィードバックと予防的フィードバックのモデルを、半解析的フレームワークを用いて比較し、銀河およびガス状ハローにおけるバリオン質量と金属濃度の予測を評価する。その結果、予防的フィードバックモデルのみが、特にガス相金属濃度と質量分率といった複数の観測的制約を同時に満たしているのに対し、発破的モデルは高いガス質量分率と低い金属濃度を同時に説明できないため、低質量銀河ではフィードバックが主に予防的である可能性が示唆される。

ABSTRACT

Using a semi-analytical approach we investigate the characteristics of predictions for the masses and metallicities of the baryonic matter in and around galaxies made by three galaxy formation models. These models represent three different feedback scenarios: one model with purely ejective feedback, one model with ejective feedback with reincorporation of ejected gas, and one preventative model. We find that, when the model parameters are adjusted to predict the correct stellar masses for a range of halo masses between 10^{10} to 10^{12}Msun, these three scenarios have very different predictions for the masses and metallicities of the interstellar and circum-galactic media. Compared with current observational data, the model implementing preventative feedback has a large freedom to match a broad range of observational data, while the ejective models have difficulties to match a number of observational constraints simultaneously, independent of how the ejection and reincorporation are implemented. Our results suggest that the feedback process which regulates the amounts of stars and cold gas in low-mass galaxies is preventative in nature.

研究の動機と目的

• 発破的フィードバックと予防的フィードバックのどちらが、銀河およびそのガス状ハローにおける観測されたバリオン質量および金属濃度分布をよりよく説明するかを検証すること。
• ガスの再循環を含む・含まない発破的フィードバックモデルが、星形成質量、ガス質量、金属濃度に関する観測的制約に対してどれほど妥当であるかを評価すること。
• 現在の観測データが、銀河形成における異なるフィードバック機構を区別できるかを検討すること。
• 観測された星形成成分およびガス相金属濃度関係が、異なるフィードバックシナリオによって再現可能かどうかを評価すること。

提案手法

• Luら（2015）の半解析的銀河形成モデルをベースフレームワークとして採用する。
• フィードバックの処理のみを系統的に変化させ、3つのモデルを比較：純粋な排出、ガス再循環を伴う排出、予防的フィードバック。
• 10^10から10^12 M_sunのホール質量範囲で観測された星形成質量-ホール質量関係に一致するよう、モデルパラメータを調整する。
• 各モデルについて、星、星間媒体（ISM）、周銀河媒体（CGM）におけるバリオン質量分率と金属濃度を計算する。
• モデルの予測を、COS-Halos調査、星形成質量-金属濃度関係、ガス相金属濃度傾向といった観測データと比較する。
• ΛCDM宇宙論を用い、標準パラメータ（Ω_M,0=0.27, h=0.70, σ8=0.82）を採用して、z=2から現在までの銀河進化をシミュレートする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ガス再循環を含む・含まない発破的フィードバックモデルは、銀河における観測された星形成質量、ガス質量、ガス相金属濃度を同時に再現できるか？
• RQ2 異なるフィードバック機構は、星、ISM、ガス状ハローの予測される金属濃度進化にどのように影響を与えるか？
• RQ3 発破的モデルにガス再循環を組み込むことで、観測データとの不一致が解消されるか？
• RQ4 低質量ホールへのバリオンの崩壊を抑制する予防的フィードバックモデルは、異なる相における観測されたバリオン質量および金属濃度分布を再現できるか？
• RQ5 観測されたガス相金属濃度-星形成質量関係は、発破的フィードバックと予防的フィードバックを区別する上でどのような意味を持つのか？

主な発見

• ガス再循環を含む・含まない発破的フィードバックモデルは、特にミルキーウェイサイズの銀河において、観測されたガス質量分率とガス相金属濃度を同時に満たせない。
• 高い質量負荷係数を採用しても、発破的モデルはガス相金属濃度が低すぎる予測をし、流出強度をさらに強くすると金属濃度がさらに低下し、不一致が悪化する。
• 発破的モデルはz=2から現在にかけて、ガス相金属濃度-星形成質量関係がほぼ一定であると予測するが、これは観測では金属濃度傾向の強い進化が見られるのと矛盾する。
• 高速なガス再循環を伴う発破的モデルは、ガス状ハロー内の金属質量を過剰に予測し、ハロー金属濃度を制限するCOS-Halosの観測結果と矛盾する。
• 予防的フィードバックモデルは、観測された星形成質量および寒冷ガス質量分率、ディスク銀河のサイズ、ホール質量にわたる星形成歴を成功裏に再現する。
• 予防的モデルの唯一の不一致は、低質量銀河の星形成成分における金属質量の過剰予測であり、これは非均質なISM金属濃度やz=2未満の早期星形成を考慮することで解消可能である可能性がある。