[論文レビュー] The Atlas3D project - XX. Mass-size and Mass-sigma projections of the Virial Plane of early-type galaxies: variation of morphology, kinematics, mass-to-light ratio and stellar initial mass function

Michele Cappellari, Richard M. McDermid+21 more|arXiv (Cornell University)|Aug 17, 2012

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、アトラス3D調査を用いて、初期期銀河（ETG）のバイナル平面における質量-サイズおよび質量-速度分散のプロットを調査し、形態と運動学的性質によって駆動される二峰性分布を明らかにした。質量の折り返し点は約3×10¹⁰ M☉に位置し、ディスク優勢の高速回転銀河（fast-rotator）とスターディスティック優勢の低速回転銀河（slow-rotator）の二つのシーケンスが明確に分かれる。また、速度分散（σ）がバルジ割合を反映しており、乾いた合体とバルジ成長を通じてM/L、初期質量関数（IMF）、および星形成の停止を支配することを示した。

ABSTRACT

We study the (M,sigma) and (M,Re) projections of the thin Mass Plane (MP) (M,sigma,Re) which describes the distribution of the galaxy population. The distribution of galaxy properties on the MP is characterized by: (i) a zone of exclusion described by two power-laws joined by a break at M 3e10 Msun. This results in a break in the mean M-sigma relation with Msigma^2.3 and M sigma^4.7 at small and large sigma respectively; (ii) a mass M 2e11 Msun which separates a population dominated by flat fast rotator with disks and spiral galaxies at lower masses, from one dominated by quite round slow rotators at larger masses; (iii) below that mass the distribution of ETGs properties tends to be constant along lines of constant sigma; (iv) it forms a parallel sequence with the distribution of spiral galaxies; (v) at even lower masses, the distribution of fast rotator ETGs and late spirals naturally extends to that of dwarf ETGs (Sph) and dwarf irregulars (Im) respectively. We show via dynamical models that sigma traces the bulge fraction, which drives the observed trends in M/L, Hbeta, colour, IMF and molecular gas fraction. We interpret this as due to a combination of two main effects: (i) an increase of the bulge fraction which increases sigma and greatly enhances the likelihood for a galaxy to have its star formation quenched, and (ii) dry merging, increasing galaxy mass along lines of nearly constant sigma, while leaving the population unchanged. [Abriged]

研究の動機と目的

• 初期期銀河（ETG）がバイナル平面の質量-速度分散および質量-サイズのプロットにおいてどのように分布しているかを理解すること。
• さまざまな質量スケールにおいて観測された二峰性の形態と運動学的性質の背後にある物理的要因を特定すること。
• 速度分散（σ）がバルジ割合、星形成初期質量関数（IMF）、および星形成の停止にどのように相関するかを調査すること。
• 乾いた合体が、ほぼ一定のσを保つシーケンスに沿って質量成長をどのように維持しているかを特定すること。

提案手法

• アトラス3D調査データの分析を通じて、ETGの（M, σ）および（M, Re）平面における分布をマッピングすること。
• M ≈ 3×10¹⁰ M☉でM-σ関係に折り返し点が存在することを特定し、異なるべき乗則の指数（低σ域ではM ∝ σ².³、高σ域ではM ∝ σ⁴.⁷）を同定すること。
• 動力学的モデルを用いて、σがバルジ割合に与える影響、およびM/L、Hβ、色、分子ガス割合に与える影響を関連付けること。
• スパイラル銀河および矮星銀河の集団と比較することで、進化の連続性を追跡すること。
• 乾いた合体が、運動学的および形態的性質を変化させずにほぼ一定のσの軌道に沿って質量成長をもたらすメカニズムとしての役割をモデル化すること。
• 観測された傾向がバルジ割合の増加と乾いた合体によって駆動されることを解釈し、IMFおよび停止の変動を説明すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M ≈ 3×10¹⁰ M☉で観測されるM-σ関係の折り返し点の原因は何か？ そしてそれは銀河進化にどのように影響するか？
• RQ2 ETGの質量-速度分散および質量-サイズ平面における分布は、背後にある形態と運動学的性質をどのように反映しているか？
• RQ3 速度分散（σ）がバルジ割合およびM/L、IMF、星形成の停止に与える影響をどの程度正確に反映しているか？
• RQ4 乾いた合体とバルジ成長が、バイナル平面における観測されたシーケンスをどのように共同で形成しているか？
• RQ5 高速回転銀河、スパイラル銀河、および矮星系（Sph/Im）の間には、質量-速度分散平面でどのような関係があるか？

主な発見

• M ≈ 3×10¹⁰ M☉でM-σ関係に折り返し点が存在し、異なるべき乗則の指数が示されている：低σ域ではM ∝ σ².³、高σ域ではM ∝ σ⁴.⁷。
• M ≈ 2×10¹¹ M☉の銀河は、高速回転・ディスク優勢のETGと低速回転・スターディスティック優勢のシステムに明確に分かれる。
• 約2×10¹¹ M☉未満では、ETGの性質はほぼ一定のσに沿って一定であり、バルジ割合と強い相関があることが示された。
• 高速回転銀河のETGとスパイラル銀河の分布は平行なシーケンスを形成しており、自然に矮星ETG（Sph）および矮星不規則銀河（Im）へと延長される。
• 動力学的モデルにより、σがバルジ割合を反映しており、M/L、Hβ、色、IMF、分子ガス割合を制御することが確認された。
• 乾いた合体は、運動学的および形態的性質を保ちながら、ほぼ一定のσの軌道に沿って質量成長を駆動し、停止の強化とバルジ優勢性の増大をもたらす。