[論文レビュー] Star formation histories of massive red spiral galaxies in the local universe

Shuang Zhou, Cheng Li+4 more|arXiv (Cornell University)|Nov 27, 2020

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 97被引用数 26

ひとこと要約

本研究では、MaNGAの積分場分光法を用いて、質量 M∗ > 10^10.5 M⊙ の大型赤セイファーレッドスパイラル銀河の空間的に分解された星形成歴（SFH）をベイジアンスペクトルフィッティング（BIGS）で再構築した。その結果、これらの銀河は宇宙時間から6 Gyr以内に90%以上の星の質量を形成しており、大型赤セイファー楕円銀河と同様の特徴を示した。結果から、赤セイファー銀河と赤楕円銀河は共通の急速な初期形成および停止歴史を共有しており、青セイファー銀河の継続的かつ長期にわたる星形成とは対照的であることが示された。

ABSTRACT

We investigate the star formation histories (SFHs) of massive red spiral galaxies with stellar mass $M_\ast>10^{10.5}M_\odot$, and make comparisons with blue spirals and red ellipticals of similar masses. We make use of the integral field spectroscopy from the SDSS-IV/DR15 MaNGA sample, and estimate spatially resolved SFHs and stellar population properties of each galaxy by applying a Bayesian spectral fitting code to the MaNGA spectra. We find that both red spirals and red ellipticals have experienced only one major star formation episode at early times, and the result is independent of the adopted SFH model. On average, more than half of their stellar masses were formed $>$10 Gyrs ago, and more than 90\% were formed $>6$ Gyrs ago. The two types of galaxies show similarly flat profiles in a variety of stellar population parameters: old stellar ages indicated by $D4000$ (the spectral break at around 4000\AA), high stellar metallicities, large Mgb/Fe ratios indicating fast formation, and little stellar dust attenuation. In contrast, although blue spirals also formed their central regions $>$10 Gyrs ago, both their central regions and outer disks continuously form stars over a long timescale. Our results imply that, massive red spirals are likely to share some common processes of formation (and possibly quenching) with massive red ellipticals in the sense that both types were formed at $z > 2$ through a fast formation process.Possible mechanisms for the formation and quenching of massive red spirals are discussed.

研究の動機と目的

• 局所宇宙における大型赤セイファー銀河の星形成歴（SFH）を調査すること。
• 同様の星の質量を有する青セイファー銀河および赤楕円銀河のSFHを比較すること。
• 大型赤セイファー銀河が青セイファー銀河から進化したのか、それとも赤楕円銀河と同様のプロセスによって形成されたのかを特定すること。
• 複数のモデル形式を用いたベイジアンスペクトルフィッティングによるSFH制約の妥当性を評価すること。
• 分解能のある分光法を用いて、個々の銀河内で星の集団性質の空間的変動を検討すること。

提案手法

• MaNGAの積分場分光法データに対して、ベイジアン推論による銀河スペクトル（BIGS）コードを適用し、全スペクトルフィッティングを実施した。
• 銀河スペクトルを5つの半径領域に分割し、SN比を向上させるためにスタック処理を実施した。
• SFHモデル形式としてΓ、Γ+B、ステップワイズの3種類を用い、モデルの妥当性を検証した。
• ベイジアンモデル選択を用いてモデルの性能を比較し、最適なSFHを同定した。
• 得られたSFHとD4000、Hα発光、Mgb/Fe比などのスペクトル特徴量を照合し、一貫性を確認した。
• クエンチド状態と残留星形成を持つ系を区別するために、光学的（u−r、r−i）およびUV−光学的（NUV−r）カラーチェックを用いて銀河を選別した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大型赤セイファー銀河の星形成歴は、大型赤楕円銀河と同様か、それとも青セイファー銀河と同様か？
• RQ2 大型赤セイファー銀河の星形成歴は、青セイファー銀河からの進化と整合的か？
• RQ3 初期の急速な星形成と停止が、大型赤セイファー銀河の星の集団をどのように形作ったのか？
• RQ4 仮定するSFHモデルの変化に対して、推定されたSFHはどの程度頑健か？
• RQ5 D4000 や Hα 発光といったスペクトル特徴量は、星形成の停止状態および空間的分布をどのように示すか？

主な発見

• 大型赤セイファー銀河と赤楕円銀河の両方とも、星の質量の50%以上を100億年前以前に形成しており、60億年以内に90%以上を形成しており、共通の初期の急速な形成段階を示している。
• 赤セイファー銀河および赤楕円銀河の最適なSFHは、単一のΓモデルでよく記述され、1つの主要な星形成イベントを示している。一方、青セイファー銀河はより複雑なモデルを必要としている。
• NUVで選別された赤セイファー銀河には残留星形成が認められず、D4000は高く、Hα発光は弱いか完全に欠落しており、銀河全体で完全なクエンチ状態にあることが示された。
• 光学的に選別された赤セイファー銀河では、D4000は低く、外縁部にHαが検出可能であり、ディスク部で継続的または最近の星形成が進行していることが示された。
• 赤セイファー銀河および楕円銀河における高いMgb/Fe比は、急速かつ初期の形成を確認している。これに対して、青セイファー銀河の低値は、長期間にわたる星形成を示唆している。
• 大型赤セイファー銀河のSFHは、青セイファー銀河とは本質的に異なり、両者の間には単純な進化的関係がないことが示された。