[論文レビュー] Quenching and Morphological Transformation in Semi-Analytic Models and CANDELS

Ryan Brennan, Viraj Pandya+10 more|arXiv (Cornell University)|Jan 27, 2015

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 2

ひとこと要約

本研究は、z ≈ 3から現在にかけての銀河の停止形成と形態的変化の共進化を、半解析的モデルの予測とCANDELSおよびGAMAの観測結果を比較することによって調査する。ディスク不安定性に起因するバルジ成長を含むモデルは、合体のみを考慮するモデルよりも、停止状態にある銀河や球状構造支配の銀河の観測された進化をよりよく再現するが、依然として星形成銀河の球状構造と停止状態のディスクの安定性がわずかに予測不足である。

ABSTRACT

We examine the spheroid growth and star formation quenching experienced by galaxies from z~3 to the present by studying the evolution with redshift of the quiescent and spheroid-dominated fractions of galaxies from the CANDELS and GAMA surveys. We compare the observed fractions with predictions from a semi-analytic model which includes prescriptions for bulge growth and AGN feedback due to mergers and disk instabilities. We facilitate direct morphological comparison by converting our model bulge-to-total stellar mass ratios to Sersic indices. We then subdivide our population into the four quadrants of the sSFR-Sersic index plane and study the buildup of each of these subpopulations. We find that the fraction of star forming disks declines steadily, while the fraction of quiescent spheroids builds up over cosmic time. The fractions of star forming spheroids and quiescent disks are both non-negligible, and stay nearly constant over the period we have studied, at about 10% and 15-20% respectively. Our model is qualitatively successful at reproducing the evolution of the two "main" populations (star forming disk-dominated galaxies and quiescent spheroid-dominated galaxies), and approximately reproduces the relative fractions of all four types, but predicts a stronger decline in star forming spheroids, and increase in quiescent disks, than seen in the observations. A model with an additional channel for bulge growth via disk instabilities agrees better overall with the observations than a model in which bulges may grow only through mergers. We study evolutionary tracks of some individual galaxies as they experience morphological transformation and quenching, and examine the importance of different physical drivers of this transformation (major and minor mergers and disk instabilities). We find that complex histories with multiple transformative events are the norm.

研究の動機と目的

• 本論文の目的は、銀河進化における星形成の停止と形態的変化の関連を理解することにある。
• 主な合体／準主な合体とディスク不安定性が、球状構造の成長と停止をどのように駆動するかの相対的役割を調査することである。
• モデルのバルジ対全質量比をセールスィック指数に変換することで、形態的一致性を確保し、モデルと観測の比較を改善することを目的とする。
• 現在の半解析的モデルが、sSFR–セールスィック指数平面における観測された銀河の進化を再現できるかどうかを評価することである。
• 特に高赤方偏移における停止形成とディスク安定性に関するフィードバックおよび構造モデリングの欠陥を特定することを目的とする。

提案手法

• 著者たちは、z ≈ 3からz ≈ 0までの銀河進化をシミュレートするために「サンタ・クルス」半解析的モデル（S08, S12, P14）を用いる。
• 観測との直接的な形態的比較を可能にするために、モデルのバルジ対全星質量比をセールスィック指数に変換する。
• 銀河集団をsSFRとセールスィック指数に基づいて4つの象限に分類し、星形成ディスク、停止状態の球状構造、星形成球状構造、停止状態のディスクの進化を追跡する。
• 赤方偏移のビンごとに、CANDELSおよびGAMA調査からの観測された割合とモデルの予測を比較する。
• 2つのモデルバージョンをテストする：バルジ成長が合体でのみ起こる（noDI）モデルと、ディスク不安定性による追加的チャネルを含む（DIモデル）モデル。
• 特に高赤方偏移での定量的整合性に注目し、モデルが停止状態および球状構造支配の割合の観測された進化をどれほど再現できるかを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 半解析的モデルは、z ≈ 3からz ≈ 0にかけて、停止状態および球状構造支配の銀河割合の観測された進化をどの程度再現できるか？
• RQ2 ディスク不安定性に起因するバルジ成長を含めることで、合体のみのモデルと比較して、モデルの観測された形態的・停止トレンドとの一致度はどのように向上するか？
• RQ3 なぜモデルは観測よりも星形成球状構造の減少が強く、停止状態のディスクの増加が強いと予測するのか？
• RQ4 星形成ディスクが停止状態の球状構造に変化する主な物理的メカニズムは何か？
• RQ5 主な合体／準主な合体とディスク不安定性の相対的寄与は、sSFR–セールスィック指数平面における銀河進化をどのように形作るか？

主な発見

• ディスク不安定性に起因するバルジ成長を含むモデル（DIモデル）は、合体のみのモデル（noDI）よりも、球状構造支配の割合の観測された進化と著しく良好な一致を示す。noDIモデルは球状構造の成長を予測不足している。
• DIモデルは、観測よりも星形成球状構造の減少が急激で、停止状態のディスクの増加が強いと予測するが、予測された割合はほとんどの赤方偏移ビンで観測値から±0.2の範囲内に収まっている。
• 停止状態の割合はディスク不安定性の導入によってわずかにしか変化せず、10%未満の変化にとどまるため、AGNフィードバックが主な停止駆動要因であると考えられる。
• モデルは観測された進化を定性的に再現している：星形成ディスクは時間とともに減少し、停止状態の球状構造は増加するが、星形成球状構造と停止状態のディスクの割合はほぼ一定のままである。
• 星形成球状構造は、短命なトラウマ後状態と解釈され、合体や不安定性イベントの後に星形成のバーストを経験している可能性がある。
• 停止状態のディスク支配銀河は、ガスが乏しいディスクと星形成効率が低い低表面輝度ディスクの混合であり、環境要因以外の複数の停止経路があると考えられる。