[論文レビュー] The $HI$- and $H_{2}$-to-stellar mass correlations of late- and early-type galaxies and their consistency with the observational mass functions

A. R. Calette, V. Ávila-Reese+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 20, 2018

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 27

ひとこと要約

本研究では、局所の銀河データを収集・均一化し、後期型および初期型銀河の実験的HIおよびH₂対星等質量関係を導出し、単一または二重のべき乗則でフィットする。後期型銀河は特に高質量で顕著にガスを多く含んでおり、観測された星等質量関数と後期対初期型銀河比を組み合わせることで、一貫性のあるHIおよびH₂質量関数が得られ、大規模な調査と照合されて妥当性が確認された。

ABSTRACT

We compile and carrefully homogenize local galaxy samples with available information on stellar, $\ m HI$ and/or $\ m H_{2}$ masses, and morphology. After processing the information on upper limits in the case of non gas detections, we determine the $\ m HI$- and $\ m H_{2}$-to-stellar mass relations and their $1\\sigma$ scatter for both late- and early-type galaxies. The obtained relations are fitted to single or double power laws. Late-type galaxies are significantly gas richer than early-type ones, specially at high masses. The respective $\ m H_{2}$-to-$\ m HI$ mass ratios as a function of $M_{\\ast}$ are discussed. Further, we constrain the full mass-dependent distribution functions of the $\ m HI$- and $\ m H_{2}$-to-stellar mass ratios. We find that they can be described by a Schechter function for late types and a (broken) Schechter + uniform function for early types. By using the observed galaxy stellar mass function and the volume-complete late-to-early-type galaxy ratio as a function of $M_{\\ast}$, these empirical distribution functions are mapped into $\ m HI$ and $\ m H_{2}$ mass functions. The obtained mass functions are consistent with those inferred from large surveys. The empirical gas-to-stellar mass relations and their distributions for local late- and early-type galaxies presented here can be used to constrain models and simulations of galaxy evolution.

研究の動機と目的

• 収集・均一化された一貫性のあるデータセットを用いて、局所の後期型および初期型銀河の信頼性の高い、均一化されたHIおよびH₂対星等質量関係を確立すること。
• ガス質量の非検出における上限値を考慮することで、導出された相関に偏りが生じないよう対処すること。
• ガス対星等質量比の全分布関数をSchechter関数または破れたSchechter関数＋一様関数としてモデル化すること。
• 実験的ガス質量比と星等質量関数をマッピングし、自己整合的なHIおよびH₂質量関数を構築すること。
• 予測された質量関数が、独立した大規模な調査測定と一致するかを検証すること。

提案手法

• 星等質量、HI、H₂質量測定を含む、複数波長の銀河サンプルを収集・均一化し、Chabrier (2003) 初期質量関数に合わせて標準化する。
• 生存分析技術を用いて、非検出における上限値を処理する統計的補正を適用する。
• ガス含有量の質量依存性を捉えるために、HIおよびH₂対星等質量関係に単一または二重のべき乗則をフィットする。
• 後期型銀河ではSchechter関数、初期型銀河では破れたSchechter関数＋一様関数を用いて、ガス対星等質量比の全分布をモデル化する。
• 観測された星等質量関数（Bernardi et al. 2013およびBaldry et al. 2012）と後期対初期型銀河比を組み合わせ、HIおよびH₂質量関数を予測する。
• 予測された質量関数を、大規模な調査からの独立した観測推定値と照合する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 後期型および初期型銀河において、HIおよびH₂対星等質量比は星等質量にどのように依存するか？
• RQ2 各銀河タイプにおけるHIおよびH₂対星等質量関係の固有の散らばりは何か？
• RQ3 後期型と初期型銀河の間で、ガス対星等質量比の全分布関数はどのように異なるか？
• RQ4 観測された星等質量関数と銀河タイプ比は、観測されたHIおよびH₂質量関数を再現できるか？
• RQ5 導出されたガス質量関数は、大規模な調査から推定されたものと整合性があるか？

主な発見

• 後期型銀河は初期型よりも顕著にガスを多く含んでおり、特に高質量で顕著である。HI対星等質量比は質量が増加するにつれて上昇する。
• 後期型銀河におけるH₂対HI質量比は、低質量で約0.1でほぼ一定であるが、高質量で増加し、分子分率が上昇していることを示している。
• 後期型銀河のHI対星等質量比分布はSchechter関数でよく記述できるが、初期型銀河では破れたSchechter関数＋一様関数が必要である。
• 観測された星等質量関数と後期対初期型銀河比を組み合わせて得られたHIおよびH₂質量関数は、大規模な調査から推定されたものと整合している。
• HI対星等質量関係の固有の散らばりは約0.14 dexと推定され、H₂対星等質量関係では約0.34 dexである。これは分子ガス測定における観測不確実性が高いためである。
• Chabrier (2003) IMFに合わせて均一化した後、星等質量関数はBernardi et al. (2013) とBaldry et al. (2012) から組み合わせられ、後者にはBC03モデルに一致させるために−0.12 dexの補正が施された。