[論文レビュー] SDSS-IV MaNGA: Spatial Evolution of Star Formation Triggered by Galaxy Interactions

Hsi An Pan, Lihwai Lin+13 more|Lume (Universidade Federal do Rio Grande do Sul)|Jul 10, 2019

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 1被引用数 14

ひとこと要約

本研究では、SDSS-IV MaNGAの積分場分光法を用い、合体過程の全段階にわたり、銀河の相互作用によって引き起こされる星形成（SF）の空間的進化をマッピングした。その結果、相互作用によって引き起こされるSFの増強は、銀河中心に限定されるのではなく、約6.7 kpcまで半径方向に広がり、中心でピークを示し、遠心点および合体段階を経ても持続することが判明した。これは、従来の中心に集中する星形成爆発（starburst）の見方を挑戦するものである。

ABSTRACT

Galaxy interaction is considered a key driver of galaxy evolution and star formation (SF) history. In this paper, we present an empirical picture of the radial extent of interaction-triggered SF along the merger sequence. The samples under study are drawn from the integral field spectroscopy (IFS) survey SDSS-IV MaNGA, including 205 star-forming galaxies in pairs/mergers and ~1350 control galaxies. For each galaxy in pairs, the merger stage is identified according to its morphological signatures: incoming phase, at first pericenter passage, at apocenter, in merging phase, and in final coalescence. The effect of interactions is quantified by the global and spatially resolved SF rate relative to the SF rate of a control sample selected for each individual galaxy ($Δ$logSFR and $Δ$logsSFR(r), respectively). Analysis of the radial $Δ$logsSFR(r) distributions shows that galaxy interactions have no significant impact on the $Δ$logsSFR(r) during the incoming phase. Right after the first pericenter passage, the radial $Δ$logsSFR(r) profile decreases steeply from enhanced to suppressed activity for increasing galactocentric radius. Later on, SF is enhanced on a broad spatial scale out to the maximum radius we explore (~6.7 kpc) and the enhancement is in general centrally peaked. The extended SF enhancement is also observed for systems at their apocenters and in the coalescence phase, suggesting that interaction-triggered SF is not restricted to the central region of a galaxy. Further explorations of a wide range in parameter space of merger configurations (e.g., mass ratio) are required to constrain the whole picture of interaction-triggered SF.

研究の動機と目的

• 空間的に解像されたデータを用いて、合体過程の全段階にわたり、相互作用によって誘発される星形成の半径方向分布を調査すること。
• 銀河の相互作用による星形成の増強が、中心領域に限定されているのか、それともより大きな半径にまで広がっているのかを特定すること。
• 異なる合体段階における、星形成率（SFR）および単位質量あたりの星形成率（sSFR）の、制御対照群（同質量・赤方偏移）との相対的進化を定量化すること。
• 半径方向のSFR変動を踏まえると、従来の調査で用いられるアパーチャー効果がSFR測定に与える影響を評価すること。
• 合体構成要因（例：質量比、ガス含量）が空間的SFパターンをどのように形作っているかを検討し、将来的な多波長研究の必要性を提起すること。

提案手法

• 205個のペア/合体中の相互作用的で星形成が活発な銀河の、SDSS-IV MaNGA調査の積分場分光法（IFS）データを用いた。
• 形態的特徴（接近中、初回近点通過、遠心点、合体中、合体完了）に基づいて合体段階を分類した。
• 質量および赤方偏移でマッチングされた制御対照群との比較を通じて、空間的に解像された星形成率（SFR）および特定SFR（sSFR）を評価した。
• 制御群との相対的な空間的SF増強または抑制を定量化するため、Δlog sSFR(r)の半径方向プロファイルを計算した。
• アパーチャー補正解析を実施し、ファイバーのサイズと物理的カバー範囲が測定されたSFR増強に与える影響を評価した。
• 統計的解析を用いて、合体過程全般にわたるSF進化の傾向を特定し、特に半径方向の広がりと中心への集中度に注目した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河相互作用の異なる段階において、星形成の半径分布はどのように変化するか？
• RQ2 相互作用によって誘発される星形成は、主に中心領域に限定されているのか、それともより大きな銀河中心距離にまで広がっているのか？
• RQ3 SF増強の大きさは、銀河中心距離に応じてどのように変化するのか？ そして、アパーチャーベースのSFR測定にどのような影響を及えるのか？
• RQ4 SF増強の空間的広がりは、後続の合体段階（例：遠心点および合体完了）を経ても持続するのか、それとも一時的なのか？
• RQ5 ガス流入以外の物理的メカニズムで、相互作用系における拡張された星形成をどのように説明できるか？

主な発見

• 接近段階では、相互作用がΔlog sSFR(r)に顕著な影響を及ぼさないため、星形成の即時の半径方向反応は観測されない。
• 初回近点通過直後は、大半径領域で星形成が抑制され、中心領域で増強される。これは、Δlog sSFR(r)の急激な半径方向低下を示している。
• 後続段階（遠心点および合体完了）において、SF増強は半径方向に約6.7 kpcまで広がり、増強のピークは中心領域に位置している。
• 拡張したSF増強の存在は、相互作用によって誘発される星形成が核に限定されないことを示しており、周核星形成爆発の古典的見方を挑戦するものである。
• 物理的ファイバーのアパーチャーが大きくなるほど、SFR増強の度合いが低下する。これは、静止したディスク領域による希釈のためであり、従来のアパーチャーベースのSFR測定の限界を浮き彫りにしている。
• 将来的には、合体構成要因（例：質量比、湿った・乾いた合体）およびISMの性質が空間的SFパターンをどのように決定づけているかを検討する必要がある。