[論文レビュー] Velocity Dispersions and Stellar Populations of the Most Compact and Massive Early-Type Galaxies at Redshift ~1

Martinez-Manso, Jesus, Guzman, Rafael+10 more|arXiv (Cornell University)|Jul 22, 2011

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 27

ひとこと要約

本研究では、z ≈ 1 の4つのコンパクトで質量の大きな初期型銀河（ETG）のOSIRIS分光法による速度分散（σ = 156–236 km s⁻¹）を提示している。これらの銀河の動的質量は、BRIJKフィルタを用いた光度的星族質量推定値と比較して約6倍も小さい。著者らは、消光のない恒星の明るさの減少と微小合体によるサイズ成長が、これらの銀河が現在の初期型銀河の性質へと自然に進化することを示しており、高赤方偏移におけるコンパクト性と低赤方偏移におけるサイズ-質量関係の整合性をとれている。

ABSTRACT

We present Gran-Telescopio-Canarias/OSIRIS optical spectra of 4 of the most compact and massive early-type galaxies in the Groth Strip Survey at redshift z~1, with effective radii Reff=0.5-2.4 kpc and photometric stellar masses Mstar=1.2-4x10^11 Msun. We find these galaxies have velocity dispersions sigma=156-236 km/s. The spectra are well fitted by single stellar population models with approximately 1 Gyr of age and solar metallicity. We find that: i) the dynamical masses of these galaxies are systematically smaller by a factor of ~6 than the published stellar masses using BRIJK photometry; ii) when estimating stellar masses as 0.7xMdyn, a combination of passive luminosity fading with mass/size growth due to minor mergers can plausibly evolve our objects to match the properties of the local population of early-type galaxies.

研究の動機と目的

• z ≈ 1 の最もコンパクトで質量の大きな初期型銀河（ETG）の速度分散を測定し、その動的質量を評価すること。
• 高赤方偏移におけるコンパクトETGの光度的星族質量と動的質量の乖離を解明すること。
• 消光のない恒星明るさの減少と微小合体によるサイズ成長が、これらのコンパクト銀河が現在のETGに進化する可能性を検証すること。

提案手法

• z ≈ 1 の4つの質量の大きなコンパクトETGに対して、Gran Telescopio Canarias/OSIRISを用いて長スリット光学分光法を実施。
• 星の吸収ラインからの速度分散をガウス関数フィッティングにより測定し、機器の分解能および大気吸収の補正を施した。
• Virial定理を用いて、速度分散から動的質量を推定した。機器分解能およびデータ還元の影響を考慮した。
• BRIJKフィルタを用いた光度的星族質量と、Chabrier IMFを用いたRAINBOW SEDフィッティングによる結果と、動的質量を比較した。
• Bruzual & Charlot (2003) の消光のない恒星明るさの減少モデルと、Naab et al. (2009) の微小合体シミュレーションを用いて、z = 0 までの進化経路をモデル化した。
• k補正を用いて観測特性を現在の静止フレームに変換し、ABマグニチュード系に合わせて0.1等級の補正を加えた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ高赤方偏移におけるコンパクトETGの光度的星族質量が、その動的質量と顕著に異なるのか？
• RQ2 消光のない恒星明るさの減少と微小合体によるサイズ成長が、z ≈ 1 のコンパクトで質量の大きなETGが現在のETGに進化するのを説明できるか？
• RQ3 速度分散が、コンパクトな高赤方偏移銀河の動的質量と進化歴を制約する上で果たす役割は何か？
• RQ4 これらの銀河の構造的および運動的性質は、現在の質量-サイズ関係および基本平面（Fundamental Plane）とどのように比較できるか？
• RQ5 光度的質量と動的質量の乖離は、星族モデルやIMF仮定の系誤差に起因するのか？

主な発見

• z ≈ 1 の4つのコンパクトで質量の大きなETGは、156〜236 km s⁻¹の速度分散を示しており、高赤方偏移ETGの典型的な値と整合的である。
• 光度的星族質量は、BRIJKフィルタを用いた推定値と比較して、動的質量が約6倍も小さい。
• スペクトルの星族モデル化により、単一星族年齢は約1 Gyr、太陽金属量が得られ、若い星族を示している。
• スペクトル範囲、IMF、減光モデルの変動では、光度的質量と動的質量の乖離を説明できないため、元の光度的カタログにおける星族質量の過大評価が系統的である可能性が示唆される。
• ダークマターと星族進化を考慮し、星族質量を0.7 × Mdynに再計算した場合、消光のない恒星明るさの減少と微小合体による成長を経て、これらの銀河は現在の質量-サイズ関係および基本平面に一貫して進化する。
• 消光のない恒星明るさの減少と微小合体の組み合わせによる進化シナリオは、観測されたコンパクトで高赤方偏移ETGから、より大きく密度の低い現在のETG群への移行をうまく説明している。