[論文レビュー] SDSS-IV MaNGA: New benchmark for the connection between stellar angular momentum and environment: a study of about 900 groups/clusters

M. Graham, Michele Cappellari+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 11, 2019

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 10

ひとこと要約

本研究では、SDSS-IV MaNGA調査の積分場分光法を用いて、z ≤ 0.08における約900個の銀河群・銀河クラスタの星間角運動量を分析した。運動学的形態-密度関係—質量の大きな遅い回転銀河が局所的な数密度に応じて増加する—が実際に存在することを示し、これは絶対的密度ではなくクラスタのピークからの相対的密度に起因しており、動的摩擦が唯一の説明ではありえないことを示し、遅い回転銀河の階層的成長がクラスタ中心で進行していることを支持する。

ABSTRACT

It has been observed that low redshift early-type galaxies can be separated into slow and fast rotators according to a proxy of specific stellar angular momentum, $\\lambda_{R_e}$. Detailed studies of a handful of nearby clusters have shown that slow rotators are generally found at the centres of clusters where the number density is highest, whereas the fast rotators trace the trend followed by early-type galaxies of increasing in number with local density. In this paper, we study the environmental distribution of slow and fast rotators using the stellar kinematics of about 3900 galaxies from the Sloan Digital Sky Survey's Mapping Nearby Galaxies at Apache Point Observatory survey. For galaxies in groups closer than $z=0.08$ that are not observed with MaNGA but satisfy the necessary conditions for slow rotators, we visually assign slow/fast rotator classifications to obtain a complete sample. Our final catalogue contains about 900 groups of five or more members. We observe the kinematic morphology-density (kT-$\\Sigma$) relation for each group and find an increasing fraction of massive slow rotators with increasing number density. We provide evidence suggesting that the observed lack of trends in angular momentum with environment at fixed stellar mass is partly because the maximum density varies between clusters, and that the locations of massive slow rotators are strongly correlated with peak densities in galaxy groups and clusters. We conclude that the (projected) number density relative to the cluster peak is more fundamental than the absolute number density in influencing the abundance of slow rotators. We find that the kT-$\\Sigma$ relation does exist at fixed stellar mass, and we rule out the hypothesis that the kT-$\\Sigma$ relation is a result of dynamical friction alone, instead arguing that massive slow rotators grow hierarchically in tandem with their host clusters.

研究の動機と目的

• 固定された星の質量における運動学的形態-密度関係が実際に存在するかどうかという長年の曖昧さを解消すること。
• 銀河群・銀河クラスタにおける遅い回転銀河と速い回転銀河の分布が、絶対的密度か相対的密度かのどちらによって駆動されているかを調査すること。
• 動的摩擦がクラスタ中心における質量の大きな遅い回転銀河の集中を説明する唯一のメカニズムであるという仮説を検証すること。
• 約900個の群/クラスタの大きな完全なサンプルを用いて、星の角運動量と環境との関係のベンチマークを確立すること。
• 階層的構造形成シナリオにおける質量の大きな遅い回転銀河の進化経路を探索すること。

提案手法

• MaNGA調査の星の運動学的データを用いて、約3,900個の銀河について、特定の星の角運動量の代理指標である $\lambda_{R_e}$ を計算した。
• 視覚的分類を適用して、群に5個以上のメンバーを有する、質量の大きな非-MaNGA銀河（$M \geq 2 \times 10^{11} M_\odot$、$\epsilon < 0.4$）の遅い回転銀河または速い回転銀河の分類を実施した。
• 相対的数密度（$\Sigma^{\rm{rel}}$）を、各群またはクラスタにおけるピーク密度で正規化した投影された数密度として定義した。
• 環境依存性を評価するために、4つの星の質量バインに分け、$\Sigma^{\rm{rel}}$ に関する遅い回転銀河の割合（F(SR)）を分析した。
• ハロー質量の代理指標としての群の豊かさの違いを考慮し、遅い回転銀河と速い回転銀河の星の質量分布を比較することで、階層的成長モデルを検証した。
• ボリューム加重サンプリングと統計的分析を用いて、MaNGAサンプルで観測された傾向の妥当性を検証し、選択効果にもかかわらず堅牢性を確保した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 群やクラスタ内での相対的密度を考慮した場合、固定された星の質量における運動学的形態-密度関係は実際に存在するか？
• RQ2 クラスタ中心における質量の大きな遅い回転銀河の集中は、動的摩擦によるものか、階層的構造形成によるものか？
• RQ3 遅い回転銀河の豊度を予測する際、相対的数密度（$\Sigma^{\rm{rel}}$）は絶対的数密度よりも優れているか？
• RQ4 群の豊かさに伴い、質量の大きな遅い回転銀河の星の質量は増加するか？これは階層的形成シナリオを支持するか？
• RQ5 なぜ過去の研究では、星の角運動量と環境との間に、固定された星の質量で観測された傾向が検出されなかったのか？

主な発見

• 質量の大きな遅い回転銀河の割合は、相対的数密度（$\Sigma^{\rm{rel}}$）の増加とともに顕著に増加し、固定された星の質量における強固な運動学的形態-密度関係が確認された。
• F(SR) と $\Sigma^{\rm{rel}}$ 間の傾向は、統計的誤差内での平坦性から逸脱しており、遅い回転銀河の集中を説明するための動的摩擦が唯一のメカニズムであるとは考えられないことが示された。
• 質量の大きな遅い回転銀河の星の質量は、群の豊かさに伴い増加しており、遅い回転銀河がその母体クラスタとともに成長する階層的形成モデルを支持する。
• 速い回転銀河は、群の豊かさに伴い質量が増加する傾向を示さないため、クラスタ中心で合体や進化を経験する可能性が低いことが示唆された。
• クラスタのピーク密度は、絶対的数密度よりも、遅い回転銀河の豊度を決定するより根本的なパラメータである。
• 本研究は、過去の研究で観測されなかった傾向の欠如が、統計的パワーの不足と、クラスタ間で最大密度が異なることを考慮しないことによるものであるという強力な証拠を提供した。