[論文レビュー] Probing feedback in high-$z$ galaxies using extended UV luminosity functions

Saumyadip Samui, R. Srianand+1 more|arXiv (Cornell University)|May 15, 2018

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、半解析的銀河形成モデルを用いて、赤移 1.5 ≤ z ≤ 8 の高赤移UV光度関数を解釈し、z > 6 でさえも超新星駆動フィードバックが、きつい端末傾きを再現するために不可欠であることを示している。モデルは、z < 2.5 におけるLFの上昇傾向を説明するため、静的でゆっくりと進化する銀河集団が寄与していることを明らかにした。一方、明るい端ではz < 4 においてAGNフィードバックが必要であり、今後の深紫外・赤移観測により、フィードバックモードの区別と銀河進化パラメータの制約が可能になる。

ABSTRACT

We fit the recently updated UV luminosity functions (LF) of high-$z$ ($1.5\le z\le8.0$) galaxies using our semi-analytical models of galaxy formation that take into account various feedback processes. In order to reproduce the overall redshift evolution we require the efficiency of converting gas into stars to decrease with decreasing redshift. Even for $z\ge 6$, our models require supernovae (SNe) feedback to reproduce the observed LF suggesting the prevalence of galactic winds that could have polluted the inter-galactic medium even at very high redshifts. The observed LF in the low luminosity end for $z&lt;2.5$ shows an upward turn. In our models we reproduce this trend using passively evolving population of galaxies. Measuring stellar mass, age and metallicity of these galaxies using multi-band spectral energy distribution (SED) fitting will place strong constraints on the existence of such galaxies. While Active galactic Nuclei (AGN) feedback is essential to reproduce the LF at high luminosity end for $z&lt;4$, it may not needed in the case of $z\ge 6$. We show that the expected turn around in the LF due to cooling criteria occurs at luminosity much lower than what has been probed with present day observations. With future deep observations, that can measure the LF more accurately, we will be able to distinguish between different modes of SNe feedback and get insights into the physical processes that drive the galaxy evolution.

研究の動機と目的

• 高赤移銀河（1.5 ≤ z ≤ 8）のUV光度関数（LF）を形作るフィードバック過程（超新星、放射、AGN）の役割を理解すること。
• 進化する星形成効率と複数のフィードバック機構を組み込んだ半解析的モデルが、異なる赤移における観測されたLFを再現可能かどうかを検証すること。
• 特にz < 2.5における低光度端の上昇傾向に注目し、モデル予測と観測されたLF形状を比較することで、高赤移における静的でゆっくりと進化する銀河の存在と性質を制約すること。
• 今後の深紫外観測を用いて、運動量駆動型・エネルギー駆動型の風といったフィードバックの痕跡を検出可能かどうかを評価すること。

提案手法

• ダークマターハローの頻度関数から出発し、星形成およびフィードバック過程を組み込んだ半解析的銀河形成モデルを用いる。
• 円運動速度（v_c*）に規格化された質量流出率を用いて、超新星フィードバックをモデル化し、風効率と持続時間（κ）を調整可能なパラメータとして設定する。
• 宇宙規模のUV背景からの放射フィードバックを含め、LFのきつい端末傾きに影響を与える。
• AGNフィードバックは、質量の大きなハローにおいて抑制機構として実装され、調整可能な正規化値を有する。
• モデル予測は、深紫外調査およびレンズ効果を利用した研究から得られた観測されたUV LF（1.5 ≤ z ≤ 8 でM_UV が -12.5 から -26 の範囲）と比較される。
• 低光度銀河の星形成質量、年齢、金属量は、多波長のSEDフィッティングを用いて推定され、静的集団仮説の検証に用いられる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z > 6 における高赤移銀河のUV光度関数の形を決定づける要因として、超新星フィードバックが顕著に寄与しているか？
• RQ2 z < 2.5 におけるUV LFの上昇傾向は、半解析的モデルにおける静的でゆっくりと進化する銀河集団によって説明可能か？
• RQ3 z < 4 におけるUV LFの明るい端の傾きを再現するため、AGNフィードバックが必要であり、z ≥ 6 ではその重要性が低下するか？
• RQ4 冷却基準に起因するLFの転換点の予想される光度スケールは何か？ そして、それは現在の観測限界内にあるか？
• RQ5 今後の深紫外観測により、高赤移銀河における異なるフィードバックモード（例：運動量駆動型 vs エネルギー駆動型の風）をどのように区別できるか？

主な発見

• 観測されたUV光度関数の赤移依存的進化は、赤移が低下するに従い星形成効率（f*/η）が減少する必要があることを示しており、これはガス変換効率の低下と整合的である。
• z > 6 であっても、LFのきつい端末傾きを再現するためには超新星フィードバックが不可欠であり、放射フィードバックのみでは不十分である。
• モデルは、z > 6 におけるLFの低光度端にM_UV ≈ -13 付近の転換点を予測しており、これは現在の観測限界よりもはるかに低い。
• z < 2.5 における観測されたLFの上昇（M_UV > -15）は、ハロー質量が10^9 から 10^11 M☉ の静的でゆっくりと進化する銀河集団によって再現される。
• z < 4 における明るい端のLFを再現するにはAGNフィードバックが必要であるが、z ≥ 6 では超新星フィードバックのみで十分である。
• 今後の深紫外観測により、運動量駆動型とエネルギー駆動型の風フィードバックの区別が可能となり、質量流出率の正規化（η_w）の制約が可能になり、SEDフィッティングを用いた高赤移静的銀河の存在の検証が可能になる。