[論文レビュー] Stellar- and AGN-Driven Outflows in JWST Galaxies at z=3-9: More Frequent, Wider Opening Angles, and Mostly Bounded

Yi Xu, Masami Ouchi+6 more|arXiv (Cornell University)|Oct 10, 2023

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、JWST NIRSpecおよびNIRCam WFSSデータを用いて、赤方偏移z=3–9の130個の高赤方偏移銀河におけるイオン化された吹き出しを分析し、広いHαおよび[Oiii]線幅を持つ30個の銀河を同定した。これらの吹き出しは一般的に見られ、開口角が広がっており（>45°）、主に閉じた（シャワー型）であり、銀河のポテンシャルを脱出するには速度が不足していることが示され、初期の銀河において広範にわたる球状のフィードバックが存在していると考えられる。

ABSTRACT

We study outflows in 130 galaxies with -221000 km s$^{-1}$ while one galaxy is identified as a Type-2 AGN by high ionization emission lines. With the velocity shift and line widths of the outflow broad lines, we obtain ~80-500 km s$^{-1}$ for the outflow velocities. We find that the outflow velocities are slower than low-z galaxies with similar SFRs, which may be explained by the low stellar masses of high-z galaxies. The outflow velocities of AGNs are large but not significantly different from the others. Interestingly, these outflow velocities are typically not high enough to escape from the galactic potentials, possibly suggesting fountain-type outflows. We estimate mass loading factors $η$ to be 0.1-1 that are not particularly large, but comparable with those of z~1 outflows. The large fraction of galaxies with outflows (30% with high resolution data) provides constraints on outflow parameters, suggesting a wide opening angle of >45 deg and a large duty-cycle of >30%, which gives a picture of more frequent and spherical outflows in high-z galaxies.

研究の動機と目的

• JWSTデータを用いて、高赤方偏移銀河（z=3–9）におけるイオン化吹き出しの広がりと性質を調査すること。
• 星形成またはAGNフィードバックが吹き出しを駆動しているのかを特定し、初期の銀河におけるその効率を評価すること。
• 分光的特徴を用いて、吹き出しの幾何学的形状（開口角）と稼働率を制約すること。
• 吹き出しの速度と質量ローディング要因を低赤方偏移銀河と比較し、フィードバックの進化を評価すること。
• 高赤方偏移銀河における吹き出しの、銀河ポテンシャルからの脱出可能性、あるいは閉じた（シャワー型）状態であるかどうかを検証すること。

提案手法

• z=3–9の130個の銀河（−22 < MUV < −16）について、JWST NIRSpecおよびNIRCam WFSSデータを用いて、系内で測定された光学的発光線（Hαおよび[Oiii]）を分析。
• Hαおよび[Oiii]線における、FWHM ≈ 200–700 km s⁻¹の広い発光線成分を用いて、吹き出しの兆候を同定。
• 系統的赤方偏移に対する線の視線速度シフトから、吹き出し成分の速度を推定。
• 星形成速度（SFR）および星族質量を用いて、吹き出し速度と質量ローディング要因（η）を計算。
• 検出可能な吹き出しを持つ銀河の割合とその運動的性質を用いて、平均的な開口角と稼働率を推定。
• 吹き出しの性質を低赤方偏移銀河およびシミュレーションと比較し、脱出可能性とフィードバック効率を評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 JWST分光法によって明らかにされた高赤方偏移銀河（z=3–9）におけるイオン化吹き出しの頻度はどの程度か？
• RQ2 典型的な吹き出し速度は何か？ また、脱出速度や低赤方偏移銀河の対応物と比較してどう異なるか？
• RQ3 初期の銀河における吹き出しの幾何学的形状（開口角）と稼働率は何か？
• RQ4 星形成またはAGN活動が吹き出しを駆動しているのか？ それらの性質に差は何か？
• RQ5 吹き出しは銀河ポテンシャルを脱出できるのか、それとも主に閉じた（シャワー型）状態であり、フィードバック効率にどのような意味を持つのか？

主な発見

• z=3–9の130個の銀河のうち、30個（23%）が、FWHM ≈ 200–700 km s⁻¹の広い発光線成分を示し、イオン化吹き出しを示唆している。
• 吹き出し速度は約80–500 km s⁻¹であり、同程度のSFRを持つ低赤方偏移銀河と比較して遅く、高赤方偏移銀河における星族質量が小さいことがその理由と考えられる。
• AGN駆動の吹き出し（Type-1が4例、Type-2が1例）は、星形成駆動のものと同程度の速度を示し、平均速度に顕著な差は認められない。
• 吹き出し速度は通常、銀河ポテンシャルを脱出するには不十分であり、多くの吹き出しが閉じた形（シャワー型）であると考えられ、フィードバックのメカニズムに一致している。
• 質量ローディング要因ηは0.1–1と推定され、z∼1で観測された値と同等であり、中程度のフィードバック効率を示している。
• 高解像度データを用いた場合、30%の銀河で吹き出しを検出したことから、開口角が≧45°、稼働率が≧30%であると示唆され、初期の銀河では頻繁に発生する球状の吹き出しの存在が示された。