[論文レビュー] Why do galaxies stop forming stars? I. The passive fraction - black hole mass relation for central galaxies

Asa F. L. Bluck, Sara L. Ellison+6 more|arXiv (Cornell University)|Dec 12, 2014

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 3被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、SDSSに収録された40万件を超える中心銀河を対象に、特大ブラックホール質量が銀河の停止を引き起こす要因であるかを検証する。バルク質量と速度分散を用いたブラックホール質量推定値を用い、ブラックホール質量と非活性銀河割合の間に急峻できつい相関が存在することを明らかにした。これは、星形成質量、ハロー質量、バルク対全質量比よりも強く、AGNフィードバックが中心銀河における主要な停止機構である直接的な観測的証拠を示している。

ABSTRACT

We derive the dependence of the fraction of passive central galaxies on the mass of their supermassive black holes for a sample of over 400,000 SDSS galaxies at z < 0.2. Our large sample contains galaxies in a wide range of environments, with stellar masses 8 < log(M*/Msun) < 12, spanning the entire morphological spectrum from pure disks to spheroids. We derive estimates for the black hole masses from measured central velocity dispersions and bulge masses, using a variety of published empirical relationships. We find a very strong dependence of the passive fraction on black hole mass, which is largely unaffected by the details of the black hole mass estimate. Moreover, the passive fraction relationship with black hole mass remains strong and tight even at fixed values of galaxy stellar mass (M*), dark matter halo mass (Mhalo), and bulge-to-total stellar mass ratio (B/T). Whereas, the passive fraction dependence on M*, Mhalo and B/T is weak at fixed MBH. These observations show that, for central galaxies, MBH is the strongest correlator with the passive fraction, consistent with quenching from AGN feedback.

研究の動機と目的

• 星形成の停止を引き起こす主な要因がブラックホール質量であるかどうか、他の銀河特性を考慮して検証すること。
• AGNフィードバックが巨大銀河における星形成の停止を引き起こす主要なメカニズムであるかどうかを特定すること。
• ブラックホール質量推定法や銀河タイプの違いに対して、ブラックホール質量–非活性銀河割合関係の頑健性を評価すること。
• ブラックホール質量、星形成質量、ハロー質量、構造的パラメータ（例：B/T）が非活性銀河割合を予測するにあたり、相対的な重要性を比較すること。
• 観測された相関が、ブラックホール成長と停止の間に因果関係があることを示唆しているのか、単なる偶然ではないかを評価すること。

提案手法

• スターマス 8 < log(M*/M☉) < 12 かつ z < 0.2 の423,480個の中心銀河を含むSDSS DR7分光観測サンプルを用いた。
• ブラックホール質量を、ブラックホール質量、バルク星形成質量、中心速度分散との間の経験的関係（例：Hopkins et al. 2007）を用いて推定した。
• 非活性銀河割合を、ブラックホール質量、星形成質量、ハロー質量、B/T比の各階層で計算した。
• 非活性銀河割合推定値の1σ誤差を求めるために、ジャックナイフリサンプリングを適用し、統計的推論の信頼性を高めた。
• 銀河タイプ（初期型対後期型）に分けてサンプルを分割し、結果が形態やブラックホール質量推定法に依存するかどうかを検証した。
• 豊度マッチングを用いて全星形成質量から暗黒物質ハロー質量を推定し、複数の銀河特性との比較を行った。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ブラックホール質量は、星形成質量、ハロー質量、構造的パラメータよりも、中心銀河における非活性銀河割合の予測に優れているか？
• RQ2 B/T やハロー質量などの他の銀河特性を制御した場合でも、非活性銀河割合–ブラックホール質量関係はきつく急峻なままであるか？
• RQ3 速度分散のみと、バルク質量＋速度分散の両方を用いたブラックホール質量推定法の違いが、観測された相関にどのように影響するか？
• RQ4 観測された相関は、AGNフィードバックが主要な停止機構であることを示唆しているのか、それとも他のプロセスがこの傾向を説明できるか？
• RQ5 非活性銀河割合–ブラックホール質量関係の強さは、銀河の形態や環境に依存せず、ブラックホール成長と停止の間に因果関係があることを示唆しているか？

主な発見

• 非活性銀河割合はブラックホール質量とともに急激に増加し、50％の転換点は M_BH ≈ 10^7.5 M☉ 付近にある。
• 非活性銀河割合–ブラックホール質量関係は、星形成質量、ハロー質量、B/T とのあらゆる相関よりも急峻できつい。
• 星形成質量、ハロー質量、B/T を固定した状態でも関係は強くきついままであり、ブラックホール質量が最も主要な相関要因であることを示している。
• 後期型銀河では、バルク質量を組み込むブラックホール質量推定が不可欠であり、速度分散のみではディスク回転による汚染が生じる。
• 固定されたブラックホール質量において、星形成質量が増加するにつれて非活性銀河割合は低下傾向にあり、これはB/Tの低下とディスク支配の増加によるものと推定される。
• 結果は、AGNフィードバックが中心銀河における主要な停止機構であることを強く支持しており、ブラックホール質量は非活性状態を予測する最も基本的な要因である。