[論文レビュー] SDSS-IV MaNGA: How the stellar populations of passive central galaxies depend on stellar and halo mass

Grecco A. Oyarzún, Kevin Bundy+24 more|arXiv (Cornell University)|May 25, 2022

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 208被引用数 15

ひとこと要約

本研究では、2,200個のパassing中心銀河の空間的に分解されたMaNGAスペクトルを用い、星々の集団—特に年齢、[Fe/H]、[Mg/Fe]—が、星の質量（M∗）とハロー質量（Mh）の両方と系aticallyに依存することを示している。固定されたM∗においても、より質量の大きなハローに属する銀河は、年老いており、[Fe/H]は低く、[Mg/Fe]は高い。これは、ハロー質量が化学的豊度歴史を調整していることを示しており、銀河の構築バイアスや初期のガス保持に関する示唆をもたらす。

ABSTRACT

We analyze spatially resolved and co-added SDSS-IV MaNGA spectra with signal-to-noise ~100 from 2200 passive central galaxies (z~0.05) to understand how central galaxy assembly depends on stellar mass (M*) and halo mass (Mh). We control for systematic errors in Mh by employing a new group catalog from Tinker (2020a,b) and the widely-used Yang et al. (2007) catalog. At fixed M*, the strength of several stellar absorption features varies systematically with Mh. Completely model-free, this is one of the first indications that the stellar populations of centrals with identical M* are affected by the properties of their host halos. To interpret these variations, we applied full spectral fitting with the code alf. At fixed M*, centrals in more massive halos are older, show lower [Fe/H], and have higher [Mg/Fe] with 3.5 sigma confidence. We conclude that halos not only dictate how much M* galaxies assemble, but also modulate their chemical enrichment histories. Turning to our analysis at fixed Mh, high-M* centrals are older, show lower [Fe/H], and have higher [Mg/Fe] for Mh>10^{12}Msun/h with confidence > 4 sigma. While massive passive galaxies are thought to form early and rapidly, our results are among the first to distinguish these trends at fixed Mh. They suggest that high-M* centrals experienced unique early formation histories, either through enhanced collapse and gas fueling, or because their halos were early-forming and highly concentrated, a possible signal of galaxy assembly bias.

研究の動機と目的

• パassing中心銀河の星々の集団が、星の質量（M∗）とハロー質量（Mh）の両方にどのように依存するかを調査すること。固定M∗分析を超えて、その分析を進める。
• 環境要因（Mhで示される）が、M∗とは独立して中心銀河の化学的性質および年齢的性質に影響を与えるかどうかを検証すること。
• ハロー質量がパassing銀河の化学的豊度歴史を調整するかどうかを特定し、M∗のみが形成歴史を決定すると仮定するのをくつがえすこと。
• 星々の集団の勾配を分析することで、局所形成と外部からの付加の両方が銀河進化に果たす役割を解きほぐすこと。
• 2つの独立したグループカタログ（Tinker 2020とYang et al. 2007）を用いて結果の頑健性を評価し、Mh推定における系統的誤差を制御すること。

提案手法

• 赤方偏移 z ∼ 0.05 における2,200個のパassing中心銀河から得た、信号対雑音比 ∼100 の空間的に分解されたMaNGAスペクトルを、合成して使用した。
• コード alf を用いて全スペクトルエネルギー分布（SED）フィッティングを実施し、後部サンプリングにより、星々の集団パラメータ（年齢、[Fe/H]、[Mg/Fe]）を導出した（emcee を用いて）。
• 2つの独立したハロー質量カタログ（Tinker 2020a,b および Yang et al. 2007）を用い、Mh推定の妥当性を検証し、系統的バイアスを低減した。
• M∗を固定し、Mhを固定した状態で分析を実施し、各質量パラメータが星々の集団特性に与える独立した影響を分離した。
• スペクトルフィッティングからの合成後部分布を用いて不確実性を定量化し、集団パラメータ推定の頑健性を保証した。
• 誤差モデルにジッター項と拡張誤差項を組み込み、スペクトルフィッティングの信頼性を向上させた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ハロー質量（Mh）は、星の質量（M∗）とは独立して、パassing中心銀河の星々の集団特性に影響を与えるか？
• RQ2 固定されたM∗において、より質量の大きなハローに属する銀河は、年齢、金属量（[Fe/H]）、α要素強化度（[Mg/Fe]）において系統的な違いを示すか？
• RQ3 固定されたMhにおいて、高M∗中心銀河は低M∗中心銀河と比べて、集団パラメータによって示されるように、異なる形成歴史を経験しているか？
• RQ4 観測された傾向は、初期のガス保持、強化された収縮、あるいは初期に形成された集中型ハローにおける銀河の構築バイアスによって説明可能か？
• RQ5 ハロー質量推定における不確実性やサンプルの汚染に対する結果の頑健性はいかがなものか？

主な発見

• 固定されたM∗において、より質量の大きなハローに属する中心銀河は、系統的に年老いており、[Fe/H]は低く、[Mg/Fe]は高い。これらのパラメータの有意水準は3.5σであった。
• これらの傾向はモデルフリーであり、ハロー質量がパassing銀河の化学的豊度歴史を直接調整していることを示しており、M∗を一定に保ったままでも同様に成り立つ。
• Mh > 10^12 h⁻¹ M⊙ を固定した場合、高M∗中心銀河は低M∗中心銀河よりも年齢が高く、[Fe/H]は低く、[Mg/Fe]は高く、有意水準は4σ以上であった。
• これらの結果は、高M∗中心銀河が、強化された収縮や初期に形成された集中型ハローに起因する、特異な初期形成歴史を経験した可能性を示唆している。
• 結果は、高M∗中心銀河が初期に集中したハローに形成され、急速かつ効率的な星形成と金属の保持を促進した可能性を示す、銀河の構築バイアスの可能性を支持している。
• 2つの独立したハロー質量カタログにおいても結果が頑健であるため、Mh推定における系統的誤差は観測された傾向を説明できない。