[論文レビュー] Integral field spectroscopy with SINFONI of VVDS galaxies. I. Galaxy dynamics and mass assembly at 1.2 < z < 1.6

B. Épinat, T. Contini+7 more|arXiv (Cornell University)|Mar 6, 2009

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 79被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、VLTのSINFONIを用いた近赤外積分場分光法を用いて、1.2 < z < 1.6の9個の星形成銀河の運動学を分析し、この赤方偏移域における銀河質量の蓄積が、主な合体（30%のシステム）、高い速度分散を示す乱れた運動学的状態（44%）、回転円盤（22%）といった複数のプロセスを伴うことを明らかにした。これらの結果は、階層的合体と連続的なガス降着が、宇宙の星形成率がピークに達する時期における質量的銀河の急速な星形成物質の蓄積を駆動しているというシナリオを支持する。

ABSTRACT

Context. Identifying the main processes of galaxy assembly at high redshifts is still a major issue to understand galaxy formation and evolution at early epochs in the history of the Universe. Aims. This work aims to provide a first insight into the dynamics and mass assembly of galaxies at redshifts 1.2<z<1.6, the early epoch just before the sharp decrease of the cosmic star formation rate. Methods. We use the near-infrared integral field spectrograph SINFONI on the ESO-VLT under 0.65 seeing to obtain spatially resolved spectroscopy on nine emission line galaxies with 1.2<z<1.6 from the VIMOS VLT Deep Survey. We derive the velocity fields and velocity dispersions on kpc scales using the Halpha emission line. Results. Out of the nine star-forming galaxies, we find that galaxies distribute in three groups: two galaxies can be well reproduced by a rotating disk, three systems can be classified as major mergers and four galaxies show disturbed dynamics and high velocity dispersion. We argue that there is evidence for hierarchical mass assembly from major merger, with most massive galaxies with M>10^11Msun subject to at least one major merger over a 3 Gyr period as well as for continuous accretion feeding strong star formation. Conclusions. These results point towards a galaxy formation and assembly scenario which involves several processes, possibly acting in parallel, with major mergers and continuous gas accretion playing a major role. Well controlled samples representative of the bulk of the galaxy population at this key cosmic time are necessary to make further progress.

研究の動機と目的

• 宇宙の星形成率が低下し始める直前の重要な時期、1.2 < z < 1.6における銀河の力学的状態と質量蓄積メカニズムを調査すること。
• 主な合体、微小合体、および定常的進化が、この時期の銀河運動学的状態と星形成物質の蓄積に果たす相対的役割を特定すること。
• 高赤方偏移星形成銀河における高い速度分散と円盤構造形成に、ガス降着や内部不安定性がどのように寄与するかを評価すること。
• この赤方偏移範囲における主要な星形成銀河集団に、AGN活動が存在するか、星形成とどのように相関するかを評価すること。
• 宇宙の星形成ピーク期における銀河形成モデルを支援するため、代表的で空間的に分解された運動学的サンプルを確立すること。

提案手法

• ESOのVLTでSINFONIを用い、0.65′′の見かけの分解能を達成した空間的に分解された近赤外積分場分光法を取得した。
• VIMOS VLT Deep Survey (VVDS) に属する、赤方偏移 1.2 ≤ z ≤ 1.6 の9個の発光線銀河を対象とした。
• Hα発光線を用いて、キロパーセクスケールでの2次元のドップラー速度場と速度分散を導出した。
• 銀河を力学的タイプに分類した：回転円盤、主な合体、および乱れた運動学的状態と高いσを示す系。
• [N ii]/Hα および [S ii]/Hα の線幅比マップを用いて、有意なAGN汚染がないかを検証した。
• 観測された運動学的状態を、円盤回転、合体残骸、ガス降着に起因する乱流の理論的期待値と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1.2 < z < 1.6における星形成銀河の支配的力学的状態（例：回転円盤、合体残骸、乱れた系）は何か？
• RQ2 主な合体は、この赤方偏移範囲における質量的銀河（M > 10^11 M⊙）の質量蓄積にどの程度寄与しているか？
• RQ3 高赤方偏移銀河における高い速度分散は、内部不安定性、微小合体、または冷たいガス降着とどのように関連しているか？
• RQ4 z ≈ 1.4における主な星形成銀河集団にAGN活動の兆候は見られ、星形成とどのように相関しているか？
• RQ5 観測された運動学的状態は、単一の形成メカニズムで説明可能か、それとも合体、降着、定常的進化の複合的プロセスが必要か？

主な発見

• 9個の銀河のうち3つ（33%）が回転円盤モデルに最もよく適合し、z ≈ 1.4に安定した大質量円盤が存在することを示唆している。
• 2つの銀河（22%）が、明確な主な合体の運動学的兆候を示しており、歪んだ速度場と高い速度分散を確認した。
• 4つの銀河（44%）が乱れた運動学的状態と高い速度分散（σ > 200 km/s）を示しており、進行中または最近の微小合体、または強いガス降着の兆候であるとされた。
• 近接ペアの観測合体率が30%であることは、この時期に主な合体による階層的質量蓄積が、質量的銀河の形成を実際に形作っていることを示唆している。
• タイプ2 AGNの顕著な証拠は得られず、[N ii]/Hα および [S ii]/Hα の比は星形成銀河に典型的で、中心部の過剰は認められなかった。
• 結果として、主な合体、微小合体、および連続的なガス降着といった複数のプロセスが、z ≈ 1.4における銀河質量蓄積を並行して駆動している可能性が示唆された。