[論文レビュー] Physical properties of galaxies and their evolution in the VIMOS VLT Deep Survey. I. The evolution of the mass-metallicity relation up to z~0.9

F. Lamareille, J. Brinchmann+44 more|ArXiv.org|Nov 13, 2008

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 101被引用数 49

ひとこと要約

本研究では、VIMOS VLT Deep Surveyのスペクトロスコピックデータを用いて、赤方偏移z ~ 0.9までの星形成銀河における質量-金属種元素関係（MZR）の進化を調査した。Sedフィッティングと線スペクトル診断法を用いてガス相酸素含有量と星形成質量を測定した結果、高赤方偏移においてMZRが平坦化していることが判明し、これは質量の大きい銀河における金属種元素の進化が顕著であることを示している。この傾向は、低質量系におけるフィードバック駆動金属噴出を伴う質量依存の有効収量を考慮したオープン・クローズドモデルによって最もよく説明される。

ABSTRACT

We derive the mass-metallicity relation of star-forming galaxies up to $z\sim0.9$, using data from the VIMOS VLT Deep Survey. Automatic measurement of emission-line fluxes and equivalent widths have been performed on the full spectroscopic sample. This sample is divided into two sub-samples depending on the apparent magnitude selection: wide ($I_{\mathrm{AB}}<22.5$) and deep $I_{\mathrm{AB}}<24$). These two samples span two different ranges of stellar masses. Emission-line galaxies have been separated into star-forming galaxies and active galactic nuclei using emission line ratios. For the star-forming galaxies the emission line ratios have also been used to estimate gas-phase oxygen abundance, using empirical calibrations renormalized in order to give consistent results at low and high redshifts. The stellar masses have been estimated by fitting the whole spectral energy distributions with a set of stellar population synthesis models. We assume at first order that the shape of the mass-metallicity relation remains constant with redshift. Then we find a stronger metallicity evolution in the wide sample as compared to the deep sample. We thus conclude that the mass-metallicity relation is flatter at higher redshift. The observed flattening of the mass-metallicity relation at high redshift is analyzed as an evidence in favor of the open-closed model.

研究の動機と目的

• 赤方偏移z ~ 0.9までの星形成銀河における質量-金属種元素関係（MZR）の進化を測定すること。
• MZRの形状が宇宙時間とともに一定のままであるか、それとも変化するかを特定すること。
• 観測された金属種元素進化の背後にある物理的メカニズム、特にフィードバックと星形成効率の役割を調査すること。
• 閉じたボックスモデルとオープン・クローズドモデルの両方が、異なる星形成質量における金属種元素進化を説明できるかを検証すること。
• 実験的キャリブレーションと収量モデルとの比較を通じて、星形成活動の進化とその金属種元素への影響を定量化すること。

提案手法

• VIMOS VLT Deep Surveyの全スペクトロスコピックサンプルに対して、自動測定を用いて発光線のフラックスおよび等価幅を測定した。
• BPT基準などの発光線診断図を用いて、銀河を星形成銀河とAGNに分類した。
• 再正規化された一貫性のある赤方偏移範囲をカバーするための経験的キャリブレーション（例：O3N2、R23）を用いて、ガス相酸素含有量を推定した。
• 星形成パラメータの合成モデルを用いて全スペクトルエネルギー分布（SED）にフィットさせることで、星形成質量を導出した。
• 広域（I_AB < 22.5）および深域（I_AB < 24）のマグニチュード制限サブサンプルにサンプルを分割し、異なる質量範囲を探索した。
• 観測されたMZR進化を、重力的ポテンシャルに依存する有効収量を組み込んだ閉じたボックスモデルとオープン・クローズドモデルの予測と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 赤方偏移z ~ 0.9までの間、質量-金属種元素関係（MZR）はどのように進化するか？
• RQ2 観測されたMZRの進化は、化学的進化の閉じたボックスモデルと整合的か？
• RQ3 星形成活動とフィードバックは、異なる星形成質量におけるMZR進化にどのような役割を果たすか？
• RQ4 金属の有効収量は銀河質量にどのように依存し、これは銀河の物理的進化に何を示唆するか？
• RQ5 高赤方偏移におけるMZRの平坦化は、閉じたボックスモデルに比べてオープン・クローズドモデルをどの程度支持するか？

主な発見

• 高赤方偏移においてMZRが平坦化しており、z ~ 0.77の銀河は同質量の局所的類縁銀河よりも低い金属種元素含有量を示している。
• 10^9.4太陽質量の銀河では、z ~ 0.77の時点で局所宇宙と比較して金属種元素含有量が-0.18 dex低い。
• 10^10.2太陽質量の銀河では、z ~ 0.77の時点で金属種元素欠損が-0.28 dexにまで増大する。
• 観測されたMZR進化は閉じたボックスモデルと整合しない。これは、質量にかかわらず類似した星形成活動を要するが、既知の質量-星形成率相関に反する。
• データは、低質量銀河ではフィードバックによる金属噴出により有効収量が小さく、高質量銀河では金属がより効率的に保持されるオープン・クローズドモデルを支持している。
• 重力的ポテンシャル（全バリオン質量に関連）に依存する有効収量の依存性は、高い星形成活動を示すにもかかわらず、低質量銀河の金属種元素進化が遅い理由を説明している。