[論文レビュー] SINFONI Integral Field Spectroscopy of z~2 UV-selected Galaxies: Rotation Curves and Dynamical Evolution

N. M. Förster Schreiber, R. Genzel+15 more|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|Mar 21, 2006

Astrophysics and Star Formation Studies被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、VLTのSINFONIを用いて14個のz~2のUV選択銀河について高分解能近赤外積分場分光法を実施し、回転曲線および回転円盤に一致する空間的に分解された運動学的特徴を明らかにした。主な発見は、これらの高赤方偏移銀河が、太陽系近傍の後期スパイラル銀河と同等の動的質量および特有角運動量を有しており、約10^11.7 M☉の準拡散質量を示しており、ガス降着による内側から始まる円盤成長およびクラスター駆動型バルジ形成が約1ギガ年間にわたり進行しているというシナリオを支持している。

ABSTRACT

We present 0.5" resolution near-IR integral field spectroscopy of the Ha line emission of 14 z~2 UV-selected BM/BX galaxies obtained with SINFONI at ESO/VLT. The mean Ha half-light radius r_1/2 is about 4kpc and line emission is detected over > ~20kpc in several sources. In 9 sources, we detect spatially-resolved velocity gradients, from 40 to 410 km/s over ~10kpc. The observed kinematics of the larger systems are consistent with orbital motions. Four galaxies are well described by rotating disks with clumpy morphologies and we extract rotation curves out to radii > ~10kpc. One or two galaxies exhibit signatures more consistent with mergers. Analyzing all 14 galaxies in the framework of rotating disks, we infer mean inclination- and beam-corrected maximum circular velocities v_c of 180+-90 km/s and dynamical masses of (0.5-25)x10^10 Msun within r_1/2. On average, the dynamical masses are consistent with photometric stellar masses assuming a Chabrier/Kroupa IMF but too small for a 0.1-100 Msun Salpeter IMF. The specific angular momenta of our BM/BX galaxies are similar to those of local late-type galaxies. The specific angular momenta of their baryons are comparable to those of their dark matter halos. Extrapolating from the average v_c at 10kpc, the virial mass of the typical halo of a galaxy in our sample is 10^(11.7+-0.5) Msun. Kinematic modeling of the 3 best cases implies a ratio of v_c to local velocity dispersion of order 2-4 and accordingly a large geometric thickness. We argue that this suggests a mass accretion (alternatively, gas exhaustion) timescale of ~500Myr. We also argue that if our BM/BX galaxies were initially gas rich, their clumpy disks will subsequently lose their angular momentum and form compact bulges on a timescale of ~1 Gyr. [ABRIDGED]

研究の動機と目的

• 高分解能積分場分光法を用いて、z~2のUV選択BM/BX銀河の運動学的構造と動的質量を調査すること。
• これらの高赤方偏移銀河が回転円盤モデルと整合的であるか、合体駆動型運動学的機構に由来するかを特定すること。
• バリオンの特有角運動量を計算し、それらをダークマターハローの特有角運動量と比較することで、形成メカニズムを制約すること。
• v_c/σ比などの運動学的特性に基づいて、ガス降着または枯渇の timescale を推定すること。
• 約1ギガ年間にわたり、かたまりを伴うガス豊富な円盤がどのようにコンパクトなバルジへ進化するかを検討すること。

提案手法

• VLTのSINFONIを用いて、14個のz~2のBM/BX銀河におけるHα線放出の高分解能近赤外積分場分光法を取得した。
• 空間的に分解されたドップラー速度勾配を測定し、2次元の運動学的マップを構築することで、回転運動と合体に起因する運動学的特徴を評価した。
• 4つの銀河について、良好に分解された運動学的特徴を示す範囲で、半径10 h₇₀⁻¹ kpcを超える回転曲線を抽出した。
• 傾斜角補正およびビーム補正を施した最大円運動速度（v_c）とHα半光半径内での動的質量を計算した。
• 10 h₇₀⁻¹ kpcにおける平均v_cをハロー準拡散質量の代理として用い、M_vir ~ 10^11.7±0.5 M☉と推定した。
• 運動学的モデリングを実施し、v_c/σ比（約2–4）を導出し、ガス降着または枯渇のtimescaleが約200–800 Myrであると推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z~2のUV選択銀河の運動学的特徴は、回転円盤モデルと整合的であるか、合体に起因する運動学的機構に由来するか？
• RQ2 これらの高赤方偏移銀河の動的質量および準拡散質量は何か？また、光度的星質量推定値と比較するとどうなるか？
• RQ3 これらの銀河におけるバリオンの特有角運動量は、ダークマターハローのそれと比べてどうか？
• RQ4 v_c/σ比などの運動学的特性に基づいて、ガス降着または枯渇のtimescaleは推定されるか？
• RQ5 観測されたかたまりを伴う形状と運動学的特徴は、約1ギガ年間にわたりクラスター駆動型バルジ形成というシナリオで説明可能か？

主な発見

• 14個の銀河のうち9個が空間的に分解された速度勾配を示し、約10 h₇₀⁻¹ kpcの範囲でピーク対ピークの速度差が40～410 km s⁻¹の間であった。
• Hα半光半径内での傾斜角およびビーム補正を施した平均最大円運動速度は、v_c ~ 180 ± 90 km s⁻¹であった。
• r₁/₂内での動的質量は、約0.5～25 × 10¹⁰ h₇₀⁻¹ M☉の範囲であり、ChabrierまたはKroupa IMFを仮定した場合、光度的星質量推定値と整合的であったが、Salpeter IMFを仮定した場合では低すぎた。
• 典型的なダークマターハローの準拡散質量は10^11.7±0.5 h₇₀⁻¹ M☉と推定され、クラスタリングに基づく推定値と良好に一致した。
• 3つの最良適合ケースにおけるv_c/σ比（2–4）は、ガス降着または枯渇のtimescaleが約200–800 Myrであることを示唆しており、星の年齢と整合的であった。
• J-K色が最も赤く、Kバンドで最も明るい銀河では、[N II]/Hαに中心ピークが観測され、Hαの等価幅が最小であった。これは、内側から金属量と年齢の勾配が進化したバルジュ形成銀河に一致する。