[論文レビュー] The CALIFA survey across the Hubble sequence: Spatially resolved stellar population properties in galaxies

R. M. González Delgado, R. García-Benito+33 more|arXiv (Cornell University)|Jun 12, 2015

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 135被引用数 148

ひとこと要約

本研究では、CALIFA調査の空間分解能のある積分場分光法を用いて、全ハッブル型をカバーする300個の銀河において、星族の性質（年齢、金属量、質量面密度、減光）を分析した。銀河の形態が、星の質量に加えて、停止（quenching）と構造的勾配を支配していることが明らかになった。渦巻銀河では内側から成長する傾向が認められ、早期型銀河は主な合体によって浅い金属量勾配を持つ核部を形成したことが示された。

ABSTRACT

This paper characterizes the radial structure of stellar population properties of galaxies in the nearby universe, based on 300 galaxies from the CALIFA survey. The sample covers a wide range of Hubble types, and galaxy stellar mass. We apply the spectral synthesis techniques to recover the stellar mass surface density, stellar extinction, light and mass-weighted ages, and mass-weighted metallicity, for each spatial resolution element in our target galaxies. To study mean trends with overall galaxy properties, the individual radial profiles are stacked in seven bins of galaxy morphology. We confirm that more massive galaxies are more compact, older, more metal rich, and less reddened by dust. Additionally, we find that these trends are preserved spatially with the radial distance to the nucleus. Deviations from these relations appear correlated with Hubble type: earlier types are more compact, older, and more metal rich for a given mass, which evidences that quenching is related to morphology, but not driven by mass. Negative gradients of ages are consistent with an inside-out growth of galaxies, with the largest ages gradients in Sb-Sbc galaxies. Further, the mean stellar ages of disks and bulges are correlated, with disks covering a wider range of ages, and late type spirals hosting younger disks. The gradients in stellar mass surface density depend mostly on stellar mass, in the sense that more massive galaxies are more centrally concentrated. There is a secondary correlation in the sense that at the same mass early type galaxies have steeper gradients. We find mildly negative metallicity gradients, shallower than predicted from models of galaxy evolution in isolation. The largest gradients occur in Sb galaxies. Overall we conclude that quenching processes act in manners that are independent of mass, while metallicity and galaxy structure are influenced by mass-dependent processes.

研究の動機と目的

• 局所宇宙における多様な銀河タイプにわたる星族性質の半径方向勾配を特徴づけること。
• 銀河進化を形作る星の質量と形態の役割を解き明かすこと。
• 高分解能の空間分解能データを用いて、銀河形成の理論的モデルを検証すること。
• 停止、金属量勾配、構造的性質の関係を早期型と遅れ型銀河で調査すること。
• フィードバックおよび合体歴の影響が、年齢、金属量、質量面密度の観測された半径方向プロファイルに与える影響を評価すること。

提案手法

• CALIFA調査は、ハッブル系列にわたる300個の銀河に対して、空間分解能があり、信号対雑音比の高い積分場分光法を提供している。
• スペクトル合成技術を用いて、各空間分解能要素で星族パラメータを導出：星の質量面密度（μ⋆）、減光（AV）、光重み付きおよび質量重み付き年齢、質量重み付き金属量（⟨log Z⋆⟩M）。
• これらの性質の半径方向プロファイルを抽出し、7つのハッブル型のグループ（EからSdまで）に分け、平均的傾向を特定する。
• 化石記録法を用いて、観測スペクトルから星形成および化学的豊度の歴史を再構築する。
• 結果を宇宙論的シミュレーションおよび銀河進化の理論的モデル（RaDESおよびMollá & Díaz, 2005のモデルを含む）と比較する。
• 統計的スタッキングにより、個々の銀河のノイズや分解能の影響に左右されない、半径方向勾配の堅牢な検出が可能になった。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 星族性質（年齢、金属量、質量面密度、減光）は、ハッブル系列全体で半径方向にどのように変化するか？
• RQ2 銀河の停止は、星の質量に起因するのか、それとも形態に起因するのか、どの程度の影響を受けるか？
• RQ3 渦巻銀河および早期型銀河で観測された金属量勾配および年齢勾配の起源は何か？
• RQ4 観測された半径方向プロファイルは、宇宙論的シミュレーションおよび化学進化モデルの予測とどのように一致するか？
• RQ5 主な合体と微小合体は、早期型銀河の中心部をどのように形作っているか？

主な発見

• より質量の大きな銀河は、よりコンパクトで、より古く、より金属量が多く、ほこりが少ない。これらの傾向は、全ハッブル型にわたって半径方向に保持されている。
• 同じ星の質量においても、初期期銀河（E/S0）は後期型よりもよりコンパクトで、より古く、より金属量が多く、これは質量とは独立した形態に起因する停止を示している。
• 光重み付き年齢勾配が負（内側から成長）であり、特にSb–Sbc銀河で最も強く、2 HLR以降ではやや弱いか平坦な勾配を示しており、均一な星形成または顕著な星の移動が関与している可能性がある。
• 星の質量面密度勾配は主に星の質量に依存しており、質量が大きい銀河ほど中心に集中している。早期型では同じ質量でも勾配が急で、形態の二次的役割が示されている。
• 金属量勾配はやや負で、孤立進化モデルの予測よりも浅く、Sb–Sbc銀河で最大の勾配を示しており、銀河系のディスク測定値およびRaDESシミュレーションと整合的である。
• すべての渦巻銀河で減光は外向きに減少し、質量に依存せず、早期型銀河よりも赤くなるが、ハッブル型を信頼性高く区別することはできない。