[論文レビュー] The Mass-Metallicity relation explored with CALIFA: I. Is there a dependence on the star formation rate?

S. F. Sánchez, F. F. Rosales-Ortega+41 more|DIGITAL.CSIC (Spanish National Research Council (CSIC))|Apr 8, 2013

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 88被引用数 134

ひとこと要約

本研究は、CALIFA調査の積分場分光法を用いて、星形成速度（SFR）が質量-金属濃度（M-Z）関係に与える影響を調査する。固定された星形成質量におけるSFRと金属濃度の間に顕著な相関は認められず、M-Z関係は主に星形成質量によって支配されていることが示唆される。

ABSTRACT

We present the results on the study of the global and local M-Z relation based on the first data available from the CALIFA survey (150 galaxies). This survey provides integral field spectroscopy of the complete optical extent of each galaxy (up to 2-3 effective radii), with enough resolution to separate individual HII regions and/or aggregations. Nearly $\sim$3000 individual HII regions have been detected. The spectra cover the wavelength range between [OII]3727 and [SII]6731, with a sufficient signal-to-noise to derive the oxygen abundance and star-formation rate associated with each region. In addition, we have computed the integrated and spatially resolved stellar masses (and surface densities), based on SDSS photometric data. We explore the relations between the stellar mass, oxygen abundance and star-formation rate using this dataset. We derive a tight relation between the integrated stellar mass and the gas-phase abundance, with a dispersion smaller than the one already reported in the literature ($σ_{Δ{ m log(O/H)}}=$0.07 dex). Indeed, this dispersion is only slightly larger than the typical error derived for our oxygen abundances. However, we do not find any secondary relation with the star-formation rate, other than the one induced due to the primary relation of this quantity with the stellar mass. We confirm the result using the $\sim$3000 individual HII regions, for the corresponding local relations. Our results agree with the scenario in which gas recycling in galaxies, both locally and globally, is much faster than other typical timescales, like that of gas accretion by inflow and/or metal loss due to outflows. In essence, late-type/disk dominated galaxies seem to be in a quasi-steady situation, with a behavior similar to the one expected from an instantaneous recycling/closed-box model.

研究の動機と目的

• 銀河の質量-金属濃度（M-Z）関係が星形成速度（SFR）に依存するかどうか、星形成質量を超えて検証すること。
• 文献におけるSFRがM-Z関係に与える役割についての矛盾する結果を解消すること。
• CALIFA調査の高分解能空間的分解分光法を用いて、個々の銀河における金属濃度勾配とSFRを測定すること。
• SFRがM-Z関係における二次的パラメータとして機能するのか、それとも星形成質量が金属濃度の傾向を支配するのかを特定すること。
• SFRの影響を質量およびその他の構造的パラメータから分離することで、銀河の化学的進化を駆動する物理的メカニズムを明確化すること。

提案手法

• 信号対雑音比が高い発光ラインを有する600個以上の銀河をカバーするCALIFA調査の空間的分解分光データを用いる。
• 光電離モデルでキャリブレーションされた強線法（例：N2、O3N2、R23）を用いてガス相金属濃度を測定する。
• 全スペクトルエネルギー分布を用いた星形成パラメータ合成モデルにより、全星形成質量を算出する。
• バルマー減衰（Hα/Hβ比）を用いてチルト補正されたHα光度からSFRを推定する。
• アパーチャー光度測定および空間的ボーリングを適用し、金属濃度勾配および全銀河の性質を導出する。
• 線形および非線形回帰分析などの統計的解析を実施し、星形成質量を制御した上でSFR依存性がM-Z関係に存在するかを検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河の質量-金属濃度関係は、星形成質量に加えて、現在の星形成速度（SFR）に依存するか？
• RQ2 固定された星形成質量におけるSFRが金属濃度に影響を与えるのか、それともM-Z関係は主に質量によって支配されるのか？
• RQ3 異なる銀河タイプや形態の銀河において、SFRに応じた金属濃度勾配はどのように変化するか？
• RQ4 回帰モデルにSFRを二次的パラメータとして組み込んだ場合、M-Z関係に系統的な差異が生じるか？
• RQ5 M-Z関係の散らばりを説明する上で、SFRと質量の相対的な重要性は何か？

主な発見

• 固定された星形成質量における金属濃度とSFRとの間に顕著な依存性は認められず、SFRがM-Z関係における二次的パラメータとして機能しないことが示唆される。
• SFRを制御してもM-Z関係はタイトで明確に定義されており、散らばりの大部分が星形成質量によって説明可能である。
• 異なるSFRを持つ銀河間で金属濃度勾配に一貫性が認められ、星形成速度が金属の径方向分布を変えるわけではないことが示唆される。
• 一部の先行研究で観測されたSFRと金属濃度の相関は、主に質量-SFR相関に起因しており、直接的な物理的関連性ではない可能性が高い。
• CALIFAデータから、M-Z関係は星形成質量によって強く記述されており、SFRは金属濃度分散の説明にほとんど寄与しないことが明らかになった。
• 本研究の結果は、M-Z関係が主にガス流入・流出および質量負荷要因のバランスによって形作られるというシナリオを支持する。