[論文レビュー] The role of bars in quenching star formation from z = 3 to the present epoch. Halpha3: an Halpha imaging survey of HI selected galaxies from ALFALFA, VI

G. Gavazzi, G. Consolandi+11 more|arXiv (Cornell University)|May 28, 2015

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 11被引用数 72

ひとこと要約

本研究は、z = 3から現在にかけて、質量のある銀河における星形成の停止に銀河のバーが果たす役割を調査する。Hα3調査によるHI選択銀河のHα画像を用いて、強力なバーは質量のしきい値 M_knee ∝ (1+z)² を超えると急激に増加することを発見した。数値モデルにより、バーが中心部の星形成を急速に停止させられることを確認し、観測されたsSFRのダウンサイズ傾向を説明できることが示された。

ABSTRACT

A growing body of evidence indicates that the star formation rate per unit stellar mass (sSFR) decreases with increasing mass in normal "main-sequence" star forming galaxies. Many processes have been advocated as responsible for such a trend (also known as mass quenching), e.g., feedback from active galactic nuclei (AGNs), and the formation of classical bulges. We determine a refined star formation versus stellar mass relation in the local Universe. To this aim we use the Halpha narrow-band imaging follow-up survey (Halpha3) of field galaxies selected from the HI Arecibo Legacy Fast ALFA Survey (ALFALFA) in the Coma and Local superclusters. By complementing this local determination with high-redshift measurements from the literature, we reconstruct the star formation history of main-sequence galaxies as a function of stellar mass from the present epoch up to z=3. In agreement with previous studies, our analysis shows that quenching mechanisms occur above a threshold stellar mass M_knee that evolves with redshift as propto (1+z)^{2}. Moreover, visual morphological classification of individual objects in our local sample reveals a sharp increase in the fraction of visually-classified strong bars with mass, hinting that strong bars may contribute to the observed downturn in the sSFR above M_knee. We test this hypothesis using a simple but physically-motivated numerical model for bar formation, finding that strong bars can rapidly quench star formation in the central few kpc of field galaxies. We conclude that strong bars contribute significantly to the red colors observed in the inner parts of massive galaxies, although additional mechanisms are likely required to quench the star formation in the outer regions of massive spiral galaxies. Intriguingly, when we extrapolate our model to higher redshifts, we successfully recover the observed redshift evolution for M_knee.

研究の動機と目的

• 深さのあるHα画像を用いて、局所のメインシーケンス銀河における星形成速度と星の質量の関係を特定すること。
• 星形成が停止する質量しきい値 M_knee の赤方偏移による進化を調査すること。
• 質量の大きな銀河における強力なバーの割合の増加が、質量による停止に寄与しているかどうかを検証すること。
• バーが中心部の星形成に与える物理的影響をモデル化し、銀河進化におけるその役割を評価すること。
• バー誘発による停止と擬似バルジ、ボックス型／ペナントバルジの形成との関連を調査すること。

提案手法

• ALFALFA調査によるHI選択銀河を対象に、コマ銀河団および局所スーパーコンスタンレーションでHα帯域フィルターを用いた画像観測を実施した。
• 局所のHα3データを高赤方偏移の文献測定値と統合し、z = 3までのメインシーケンス銀河の星形成歴を再構築した。
• 視覚的形態分類を実施し、星の質量関数としての強力なバーの割合を測定した。
• バー駆動によるガスの内向き流入と中心部の星形成の停止を模擬する物理的根拠に基づいた数値モデルを開発した。
• モデルを用いて、バー誘発による停止が観測されたM_kneeの赤方偏移による進化を再現できるかを検証した。
• バーの動的進化、すなわちバーの崩壊と擬似バルジ、ボックス型／ペナント構造の形成を探索した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 質量の大きな銀河における強力なバーの出現が、M_kneeにおける星形成の停止の開始と相関しているか？
• RQ2 星形成の停止の質量しきい値 M_knee は宇宙の時間とともにどのように進化するのか？また、バーの形成がその進化を説明できるか？
• RQ3 バー駆動によるガスの内向き流入が、質量の大きな銀河における観測されたsSFRのダウンサイズにどの程度寄与しているのか？
• RQ4 バーが崩壊した後に残存する動的・構造的痕跡は何か？それらは観測されたバルジ形態とどのように関連しているか？
• RQ5 バー誘発による停止モデルは、追加の停止機構を必要とせずに、観測されたM_kneeの赤方偏移による進化を再現できるか？

主な発見

• 局所銀河において、視覚的分類による強力なバーの割合は、星の質量しきい値 M_knee ≈ 10^9.5 M⊙ を超えると急激に増加する。
• 質量しきい値 M_knee は赤方偏移とともに M_knee ∝ (1+z)^2 のように進化し、質量の大きな銀河におけるsSFRの低下と整合的である。
• 数値モデルにより、強力なバーがフィールド銀河の中心数キロパーセク内での星形成を急速に停止させられることを確認した。
• バー誘発による停止は、質量の大きな銀河の内側領域の赤色を説明できるが、外側領域では追加の停止機構がおそらく必要である。
• モデルを高赤方偏移にまで外挿することで、観測されたM_kneeの進化を成功裏に再現し、バーが質量による停止に果たす役割を支持する。
• 目に見えるバーのないバルジを有する質量の大きな銀河の多くは、バーの崩壊後の遅い進化段階にある可能性が高く、擬似バルジやボックス型／ペナントバルジがその痕跡である。