[論文レビュー] MaNGA DynPop -- II. Global stellar population, gradients, and star-formation histories from integral-field spectroscopy of 10K galaxies: link with galaxy rotation, shape, and total-density gradients

Shengdong Lu, Kai Zhu+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 23, 2023

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 6

ひとこと要約

本研究は、MaNGAサーベイの約10,000個の銀河について、積分場分光法を用いて星族、半径方向勾配、星形成歴を分析し、これらの性質を銀河の回転、形状、全密度構造と関連づける。若い銀河は固定された速度分散において金属量が低いことが判明し、高回転銀河は星族勾配が平坦であるのに対し、質量が大きく、星形成が停止した銀河は、バルジ・ディスク進化に一致する強い負の年齢および金属量勾配を示す。

ABSTRACT

This is the second paper of the MaNGA DynPop series, which analyzes the global stellar population, radial gradients, and non-parametric star-formation history of $\sim 10$K galaxies from the MaNGA Survey final data release 17 (DR17) and relates them with dynamical properties of galaxies. We confirm the correlation between the stellar population properties and the stellar velocity dispersion $σ_{ m e}$, but also find that younger galaxies are more metal-poor at fixed $σ_{ m e}$. Stellar age, metallicity, and mass-to-light ratio $M_{\ast}/L$ all decrease with increasing galaxy rotation, while their radial gradients become more negative (i.e. lower value at the outskirts). The exception is the slow rotators, which also appear to have significantly negative metallicity gradients, confirming the mass-metallicity gradient correlation. Massive disk galaxies in the green valley, on the $(σ_{ m e}, m Age)$ plane, show the most negative age and metallicity gradients, consistent with their old central bulges surrounded by young star-forming disks and metal-poor gas accretion. Galaxies with high $σ_{ m e}$, steep total mass-density slope, low dark matter fraction, high $M_{\ast}/L$, and high metallicity have the highest star-formation rate at earlier times, and are currently quenched. We also discover a population of low-mass star-forming galaxies with low rotation but physically distinct from the massive slow rotators. A catalogue of these stellar population properties is provided publicly.

研究の動機と目的

• MaNGA DR17 からの約10,000個の銀河の全星族特性、半径方向勾配、非パラメトリック星形成歴を調査すること。
• 星族特性とスターリング速度分散、回転、全質量密度勾配といった動力学的パラメータとの関連を調査すること。
• 銀河の形態（例：遅い回転対比して速い回転）や構造的特性が星族勾配と停止歴に与える影響を検討すること。
• 質量-サイズ平面および動力学的パrameter空間における星形成歴と質量集積の系統的変化を同定すること。
• 天文学コミュニティのための公開で高精度な星族および SFH 特性のカタログを提供すること。

提案手法

• ppxfアルゴリズムを用いた全スペクトルフィッティングにより、MaNGA IFUデータから光度加重星族パラメータ（年齢、金属量、M*/L）を導出する。
• 星族特性の半径勾配は、銀河全体にわたる同心円環状領域で星族パラメータをフィッティングすることで測定する。
• 星形成歴は、時間依存のSFRおよび金属量の進化を捉えるために、全スペクトルエネルギー分布に対する非パラメトリックでベイズ的フィッティングを用いて再構築する。
• 運動学的および構造的モデルから、速度分散（σₑ）、回転（λRₑ）、全密度勾配（γ_tot）、およびダークマター割合といった銀河の動力学的特性が導出される。
• 星族特性およびその勾配を (ε, λRₑ) 平面にマップすることで、観測傾向に及ぼす視点幾何と回転の影響を検討する。
• 質量集積（t₅₀, t₉₀）およびSFRの進化の遡及的時間解析を用いて、統計的相関および停止境界を同定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 固定されたσₑにおいて、星族特性（年齢、金属量、M*/L）が銀河の回転および速度分散とどのように相関するか？
• RQ2 星族の半径勾配と全密度勾配やダークマター割合といった銀河構造パラメータとの関係は何か？
• RQ3 速回転銀河と遅回転銀河における星形成歴はどのように異なり、質量の大きな系における停止はどのような要因によって引き起こされるか？
• RQ4 視点幾何（傾斜角）および形態的タイプが観測された星族勾配にどの程度影響を与えるか？
• RQ5 星族、運動学、質量集積の共進化を説明する統一的フレームワークは構築可能か？

主な発見

• 固定されたσₑにおいて、若い銀河は金属量が低いことが判明し、単純な年齢-金属量デgeneracy仮定に反する。
• 星の年齢、金属量、M*/Lはすべて、銀河の回転が高くなるにつれて減少し、それらの半径勾配はより負（つまり、外側への急激な低下）になる。
• 遅回転銀河は顕著に負の金属量勾配を示し、質量-金属量勾配相関を確認する。
• 緑の谷に位置する質量の大きなディスク銀河は、最も負の年齢および金属量勾配を示し、古く金属量が少ない中心バルジと、若く金属量が低い付加されたディスクに一致する。
• σₑが高く、全密度勾配が急（γ_tot ≳ 2.1）、ダークマター割合が低く、M*/Lと金属量が高い銀河は、初期に高いSFRを示し、約2.4 Gyr前に停止した。
• 低質量・低回転・星形成中の銀河の明確な集団が同定され、質量の大きな遅回転銀河とは物理的に分離している。