[論文レビュー] Starbursts and Galaxy Evolution

R. W. O’Connell|arXiv (Cornell University)|Dec 21, 2004

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、星形成の極端でコンパクトな期間（スターバースト）が、銀河進化において中心的な役割を果たしており、スーパーウインドを引き起こし、銀河間空間を豊かにするとともに、ブラックホールの成長に影響を与えると主張している。本研究では、星形成の物理法則が環境や赤方偏移にかかわらずスケーラブルであることを示しており、シュミット＝ケニクット則とスペクトルエネルギー分布、IMF、星形成歴史の連続性によって、局所的から高赤方偏移系にかけて強く裏付けられている。

ABSTRACT

Starbursts are extreme concentrations of star-forming activity with mass conversion surface densities reaching over 1000 times higher than normal for disk galaxies. They are responsible for a large fraction of all cosmic star formation. They have shaped the cosmic landscape not just in individual galaxies but though the effects of "superwinds" that enrich the intergalactic gas, constrain supermassive black hole growth, and perhaps facilitate cosmic reionization. This conference provided vivid testimony to the importance of starbursts in galaxy evolution and to the speed with which our understanding of them is being transformed by a flood of new pan-spectral data, especially at high redshifts. A key result is that it appears possible to scale the physics of smaller star-forming events upward to encompass starbursts.

研究の動機と目的

• スターバーストが宇宙の時間にわたって銀河進化に果たす役割を理解すること。
• 局所のスターバーストにおける物理的プロセスが高赤方偏移系にスケーリング可能かどうかを調査すること。
• さまざまな強度と環境において、星形成則とフィードバック機構の普遍性を評価すること。
• 近傍銀河から高赤方偏移のサブミリ波長源にかけてのスターバースト特性の連続性を検討すること。
• スターバーストのフィードバック、トリガリング、チリの散逸に関する未解決の核心的問題を特定すること。

提案手法

• HST、スパッタラー、GALEX、およびサブミリ波長調査からの多波長データを分析し、赤方偏移にわたる星形成を追跡すること。
• シュミット＝ケニクット則（$\Sigma_{SFR} \propto \Sigma_{GAS}^{1.4}$）を適用して、ガス面密度が6桁にわたる範囲で星形成のスケーラビリティを評価すること。
• M82からULIRG、高-$z$サブミリ波長銀河までのスターバーストのスペクトルエネルギー分布（SED）を比較し、SEDの連続性を検証すること。
• 共動的体積密度と光度関数を用いて、スターバーストの出現の宇宙的進化を定量化すること。
• 特に極端な系においても、初期質量関数（IMF）の普遍性を評価すること。
• リーマンブレイク銀河および明るい青白色コンパクト銀河の運動学的・形態的・消光特性を研究し、進化の連続性を追跡すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 局所のスターバーストにおける物理法則が、高赤方偏移の星形成銀河にどの程度スケーリング可能か。
• RQ2 極端な系を含め、すべてのスターバースト環境において初期質量関数が普遍的か。
• RQ3 フィードバック、特にスーパーウインドが星形成の制御と銀河進化の形作りに果たす役割は何か。
• RQ4 スターバーストの持続期間とトリガリング機構は、宇宙の時間と環境によってどのように変化するか。
• RQ5 チリに包まれた赤外線が明るいスターバーストから、紫外線が明るくチリが散逸した系へと移行するメカニズムは何か。

主な発見

• シュミット＝ケニクット則はガス面密度が6桁にわたる範囲で成立しており、星形成物理学の強力なスケーラビリティを示している。
• スターバーストのスペクトルエネルギー分布は、M82（$L \sim 2 \times 10^{10} L_\odot$）から高赤方偏移サブミリ波長銀河（$L \sim 10^{13} L_\odot$）にかけて連続的である。
• 大質量星の初期質量関数はスターバースト環境全体で普遍的であるように見え、一貫したフィードバックモデリングを支持している。
• スターバーストの持続期間は、赤方偏移にかかわらず一貫して$\sim 100$ Myrであり、宇宙的進化における転換点の兆候は見当たらない。
• 質量-金属量-消光関係は赤方偏移とともに滑らかに進化しており、不連続性や急激な変化は観測されない。
• $z \gtrsim 3$のリーマンブレイク銀河は、低赤方偏移の明るい青白色コンパクト銀河と連続的な性質（サイズ、表面輝度、運動学）を示しており、滑らかな進化系列があると考えられる。