[論文レビュー] Hierarchical Disk Galaxy Assembly as the Origin of Scatter in the z~1 Stellar Mass Tully-Fisher Relation

Nicola Atkinson, Christopher J. Conselice+1 more|ArXiv.org|Dec 9, 2007

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、z~1における星形成質量Tully-Fisher関係の散らばりが、主に微小合体や吸着による階層的合体に起因し、本質的なディスク構造に起因するものではないことを示している。ハッブル宇宙望遠鏡の画像を用いて、構造的非対称性（CASパラメータ）とTully-Fisher関係からの星形成質量および最大回転速度のずれとの間に3σを超える相関が確認され、高赤方偏移ディスク銀河における動的進化が進行中であることが示された。

ABSTRACT

Recent observations of distant disk galaxies show that there is little to no evolution in the relation between maximum rotation speed and stellar mass at z < 1.2. There is however a significant scatter between these two quantities whose origin is uncertain. We show in this paper that this scatter is at least partially the result of galaxy merging, revealing that disk galaxy growth at z < 1 is fundamentally hierarchical. We carry this out by calculating CAS (concentration, asymmetry, clumpiness) structural parameters using archival Hubble Space Telescope imaging of 91 high-redshift disk galaxies at 0.4 < z < 1.0 with robustly measured stellar masses and rotational maximum velocities taken from Conselice et al. (2005). We separate our sample into two redshift bins divided at z = 0.7, and investigate deviations from the stellar-mass Tully-Fisher relation in both the M_* and V_max directions, and how these correlate with structural asymmetries. We find a significant (> 3 sigma) correlation between the residuals from the stellar-mass Tully-Fisher relation in both the M_* and V_max directions, and high asymmetries. This result holds after we remove contributions from star formation and edge-on galaxies which can produce higher asymmetries unrelated to merging. While there are a few cases in which our disk galaxies have very large asymmetries, and are potentially involved in major mergers, in general these asymmetries are smaller than the major merger limit. It is therefore likely that these galaxies are forming hierarchically through minor galaxy mergers, which is also suggested by the constant slope and zero point of the stellar mass Tully-Fisher relation during the same epoch.

研究の動機と目的

• z~1における星形成質量Tully-Fisher関係の散らばりの起源を調査すること。この関係は依然としてきわめてきついが、その理由は未解明のままである。
• 形態的摂動（構造的パラメータによって示される）がTully-Fisher関係からのずれと相関するかどうかを特定すること。
• 散らばりが観測誤差や星形成ではなく、微小合体や吸着などの階層的プロセスに起因するかどうかを検証すること。
• z<1のディスク銀河が、外見上の形態的安定性にもかかわらず、動的プロセスによってまだ形成中であるかどうかを評価すること。

提案手法

• 0.4<z<1.0の高赤方偏移ディスク銀河91個のアーカイブHubble Space Telescope画像の分析。星形成質量と最大回転速度が信頼性高く測定されている。
• 構造的摂動を定量化するためのCAS（濃度、非対称性、凝集性）構造的パラメータの計算。
• 赤方偏移z=0.7を基準に2つの赤方偏移ビンにサンプルを分割し、非対称性とTully-Fisher関係からのずれの進化を検討。
• 星形成と縁面傾斜の影響を補正した上で、星形成質量Tully-Fisher関係からの残差（M*およびVmaxの両方）と非対称性との統計的相関を分析。
• 非対称性と運動学的・質量的ずれとの相関の妥当性を評価するため、3σの有意水準を用いる。
• 高赤方偏移（z>0.7）における非対称銀河（A>0.25）の割合を比較し、過去5Gyrにわたる動的進化を推測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z~1における星形成質量Tully-Fisher関係の散らばりは、銀河合体や吸着に関連する形態的摂動によって引き起こされているか？
• RQ2 高赤方偏移ディスク銀河において、星形成質量や最大回転速度のTully-Fisher関係からのずれは、構造的非対称性と相関するか？
• RQ3 観察された非対称性はマジョル合体に起因するのではなく、微小合体活動や階層的吸着とより整合性があるか？
• RQ4 星形成や縁面傾斜の影響を除いた後でも、非対称性とTully-Fisher残差との相関は維持されるか？
• RQ5 z<1のディスク銀河に、マジョル合体の主期を過ぎても、まだ動的進化の証拠があるか？

主な発見

• 星形成質量（M*）および最大回転速度（Vmax）の両方において、構造的非対称性と星形成質量Tully-Fisher関係からのずれとの間に顕著な（3σ以上）相関が存在する。
• 縁面銀河や強い星形成を示す系を除外した後でも、非対称性と残差との相関が維持されることから、これらは非対称性の主な原因ではないことが裏付けられた。
• z>0.7のディスク銀河のおよそ70％が、z~0のTully-Fisher関係を上回ってずれており、質量的および運動学的成長が継続していることが示された。
• 星形成質量のずれは通常、低質量銀河（~10^11 M☉）の程度であり、これはマジョル合体ではなく微小合体の吸着に一致する。
• 非対称性が顕著な銀河（A>0.25）の割合は、z>0.4の段階で顕著に高く、過去5Gyrにわたる動的進化が継続していることを支持する。
• 結果は、微小合体と吸着による階層的ディスク銀河形成と整合的であり、z<1の範囲でTully-Fisher関係の勾配とゼロ点が一定を保っていることを説明する。