[論文レビュー] The DiskMass Survey. VI. Gas and stellar kinematics in spiral galaxies from PPak integral-field spectroscopy

Thomas P. K. Martinsson, Marc Verheijen+5 more|NPARC|Jul 30, 2013

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 73被引用数 63

ひとこと要約

本論文は、カライェス・オブザーバトリオンのPPak IFUを用いて、30個のほぼ正面から見たらせん銀河におけるイオン化ガス（[O iii]）および星の運動学的特性の高解像度積分場分光法を提示する。ガスと星の回転曲線の間には11%の非対称的ドリフトが確認され、平均して星の速度分散のスケール長は2h_Rであることが確認され、1.5h_Rを超える領域における運動学的フラーリングは、ディスクの質量光度比の増加、フラーリング、またはハロー加熱に起因する可能性がある。

ABSTRACT

We present ionized-gas (OIII) and stellar kinematics (velocities and velocity dispersions) for 30 nearly face-on spiral galaxies out to as much as three disk scale lengths (h_R). These data have been derived from PPak IFU spectroscopy (4980-5370A), observed at a mean resolution of R=7700 (sigma_inst=17km/s). These data are a fundamental product of our survey and will be used in companion papers to, e.g., derive the detailed (baryonic+dark) mass budget of each galaxy in our sample. Our presentation provides a comprehensive description of the observing strategy, data reduction, and analysis. Along with a clear presentation of the data, we demonstrate: (1) The OIII and stellar rotation curves exhibit a clear signature of asymmetric drift with a rotation difference that is 11% of the maximum rotation speed of the galaxy disk, comparable to measurements in the solar neighborhood in the Milky Way. (2) The e-folding length of the stellar velocity dispersion is two times h_R on average, as expected for a disk with a constant scale height and mass-to-light ratio, with a scatter that is notably smaller for massive, high-surface-brightness disks in the most luminous galaxies. (3) At radii larger than 1.5 h_R, the stellar velocity dispersion tends to decline slower than the best-fitting exponential function, which may be due to an increase in the disk mass-to-light ratio, disk flaring, or disk heating by the dark-matter halo. (4) A strong correlation exists between the central vertical stellar velocity dispersion of the disks and their circular rotational speed at 2.2 h_R, with a zero point indicating that galaxy disks are submaximal. Moreover, weak but consistent correlations exist such that disks with a fainter central surface brightness in bluer and less luminous galaxies of later morphological types are kinematically colder with respect to their rotational velocities.

研究の動機と目的

• PPak積分場分光法を用いて、ほぼ正面から見たらせん銀河における高解像度のイオン化ガスおよび星の運動学的特性を測定すること。
• 複数のディスクスケール長にわたるガスおよび星の正確な回転曲線と視線方向速度分散（σ_LOS）を導出すること。
• 非対称的ドリフト、速度分散プロファイル、運動学的フラーリングを調査し、ディスクの質量光度比と暗黒物質寄与を制約すること。
• DiskMass調査における質量分解とディスク-ハローのデゲネラシー研究のための堅牢な運動学的データセットを確立すること。

提案手法

• 平均分解能λ/Δλ = 7700（σ_機器 ≈ 17 km s⁻¹）で、4980–5370 Åの範囲でPPak IFU分光法を取得した。
• 独自のパイプラインを用いて、データ内のずれ、スケーリング、回転の影響を補正するための機器のフレックスチャージ補正を適用した。
• 速度場に円運動速度曲線をフィットして、方位平均のための平面内座標系を定義した。
• tanh関数を用いて回転曲線をモデル化し、漸近的最高速度を抽出し、非対称的ドリフトを定量化した。
• 一様な運動学的解析を実現するため、固定された星の速度エリプソイド（α = 0.6、β = 0.7）を用いて観測されたσ_LOSを垂直方向σ_zに補正した。
• 径方向のσ_zプロファイルに指数関数をフィットしてスケール長を導出し、1.5h_Rを超える領域でのずれを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 イオン化ガスと星の成分の間の非対称的ドリフトは、ディスクの質量光度比および暗黒物質含量をどの程度明らかにするか？
• RQ2 星の速度分散プロファイル（σ_LOSおよびσ_z）はディスク半径に従ってどのように変化するか？また、指数的減少から逸脱するか？
• RQ3 1.5h_Rを超える領域における観測された運動学的フラーリングの原因は何か？また、これはディスクの質量光度比、スケール高さ、またはハロー加熱と関連しているか？
• RQ4 中心の垂直速度分散（σ_z,0）と2.2h_Rにおける回転速度（V_2.2h_R）の間にはどのような相関関係があるか？これはディスクの最大性について何を示唆するか？
• RQ5 σ_z,0/V_2.2h_Rと表面輝度、絶対等級、色、または形態的タイプなどの全銀河的性質との間に系統的傾向があるか？

主な発見

• [O iii]および星の回転曲線には、最大ガス回転速度の11%に相当する系的な非対称的ドリフトが確認され、ミルキーウェイの測定結果と整合的である。
• 星の速度分散スケール長h_σ,zは平均で2h_Rであり、質量が大きく表面輝度が高いディスクでずれが小さい。
• 1.5h_Rを超える領域では、15個の銀河でσ_LOSが指数的フィットよりもゆっくり減少しており、質量光度比の増加またはハロー加熱に起因する可能性のある運動学的フラーリングを示している。
• h_σ,z / 2h_Rの比は平均で1に一致しており（0.09 dexの散らばり）、測定誤差よりも大きいことから、単純なモデルからの物理的逸脱が示唆される。
• σ_z,0とV_2.2h_R^OIIIの間に強い相関があり、これは非最大ディスクを示しており、比σ_z,0 / V_2.2h_R^OIIIは銀河の絶対等級、表面輝度、形態的タイプと弱く一貫した傾向を示している。
• 後期型で明るさが低く、青い銀河は回転速度に対して運動的に冷たいディスクを示しており、σ_z,0 / V_2.2h_R比が小さいことが示唆される。