[論文レビュー] MASSIV: Mass Assembly Survey with SINFONI in VVDS. III. Evidence for positive metallicity gradients in z~1.2 star-forming galaxies

J. Queyrel, T. Contini+12 more|arXiv (Cornell University)|Nov 16, 2011

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 68被引用数 83

ひとこと要約

本研究では、50個のz~1.2の星形成銀河を対象に、空間分解能のあるSINFONI分光計測を用い、N2比を用いて金属量勾配を測定した。その結果、サンプルの14%（7個の銀河）が顕著な正の金属量勾配（中心から外縁に向かって金属量が増加）を示しており、これは金属が乏しいガスの降着を示唆する。このガスの降着は、おそらく相互作用や冷たいガス降着によって駆動されており、局所銀河で一般的に見られる負の勾配とは対照的である。

ABSTRACT

A key open issue for galaxy evolution and formation models is the understanding of the different mechanisms of galaxy assembly at various cosmic epochs. The aim of this study is to derive the global and spatially-resolved metal content in high-redshift galaxies. Using VLT/SINFONI IFU spectroscopy of a first sample of 50 galaxies at z~1.2 in the MASSIV survey, we are able to measure the Ha and [NII]6584 emission lines. Using the N2 ratio as a proxy for oxygen abundance in the interstellar medium, we measure the metallicity of the sample galaxies. We develop a tool to extract spectra in annular regions of these galaxies, leading to a spatially-resolved estimate of the oxygen abundance in each galaxy. We derive a metallicity gradient for 26 galaxies in our sample and discover a significant fraction of galaxies with a "positive" gradient. Using a simple chemical evolution model, we derive infall rates of pristine gas onto the disks. Seven galaxies display a positive gradient at a high confidence level. Four out of these are interacting and one is a chain galaxy. We suggest that interactions might be responsible for shallowing and even inverting the abundance gradient. We also identify two interesting correlations in our sample: a) galaxies with higher gas velocity dispersion have shallower/positive gradients; and b) metal-poor galaxies tend to show a positive gradient whereas metal-rich ones tend to show a negative one. This last observation can be explained by the infall of metal-poor gas into the center of the disks. We address the question of the origin of this infall under the influence of gas flows triggered by interactions and/or cold gas accretion.

研究の動機と目的

• z~1.2の高赤方偏移星形成銀河における空間分解金属量勾配を、積分場分光計測を用いて測定すること。
• 銀河の構築と進化メカニズムの文脈で、金属量勾配の起源を調査すること。
• 相互作用やガス流入が、高赤方偏移ディスク銀河の金属量プロファイルに果たす役割を調査すること。
• 簡単な化学進化モデルを用いて、ガス降着が金属量勾配に与える影響を検証すること。
• 金属量勾配と全銀河金属量、およびガスドップラー速度分散などの運動学的性質との相関を調べること。

提案手法

• MASSIV調査において、z~1.2の50個の銀河に対してVLT/SINFONIを用いた積分場分光計測を実施し、Hαおよび[N II]6584発光線を抽出した。
• 宇宙空間における酸素豊度の代理指標として、N2比（log([N II]6584/Hα)）を用いた。
• Hαピークを中心とする同心円領域に銀河を分割することで、半径方向の金属量プロファイルを取得するためのスペクトル抽出ツールを開発した。
• 径方向のガス流れを含む簡単な化学進化モデルを適用し、銀河ディスクへの純粋ガスの降着率を推定した。
• 金属量勾配を全銀河金属量、ガスドップラー速度分散、および形態分類（例：孤立型対比相互作用型）と相関させた。
• 統計的解析を用いて、信頼性の高い正の勾配を示す銀河を同定し、その物理的意義を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z~1.2の星形成銀河における金属量勾配の分布は何か？また、局所銀河と比較してどう異なるか？
• RQ2 相互作用や冷たいガス降着といった物理的メカニズムが、高赤方偏移銀河に見られる正の金属量勾配をどのように説明できるか？
• RQ3 銀河の全金属量と、その金属量勾配の符号および勾配の傾きとの相関は何か？
• RQ4 ガスドップラー速度分散などの運動学的性質が、金属量勾配の形状とどの程度相関するか？
• RQ5 観測された金属量勾配は、金属が乏しいガスの降着によって説明可能か？また、その降着率はどの程度推定できるか？

主な発見

• サンプルの7個の銀河が、高い信頼性で正の金属量勾配を示しており、50個のサンプルの14%に相当する。
• 正の勾配を示す7個の銀河のうち4つは相互作用系に分類されており、1つはチェーン銀河である。これは、相互作用が正の勾配を駆動または強化している可能性を示唆する。
• ガスドップラー速度分散が大きい銀河は、勾配が浅いか正の傾きを示す傾向にあり、これはISMがより乱流的である状態を示している。
• 弱いが顕著な相関が存在する：金属が乏しい銀河は、平坦または正の勾配を示す傾向にあり、金属が豊富な銀河は負の勾配を示す傾向にある。
• 観測された傾向は、金属が乏しいガスが銀河中心に降着することで説明可能である。中心部の金属量が希釈され、勾配が平坦化または逆転する。
• 推定される純粋ガスの降着率は、年間数100～数百太陽質量に達し、最大降着率とダークマターハロー質量との間に正の相関が見られる。