[논문 리뷰] 3D spectroscopy with VLT/GIRAFFE: I- the true Tully Fisher relationship at z~0.6

H. Flores, F. Hammer외 3명|arXiv (Cornell University)|2006. 03. 21.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 98

한 줄 요약

이 연구는 VLT/GIRAFFE를 사용한 3차원 적분장 스펙트로스코피를 통해 z ~ 0.6에서 Tully-Fisher 관계를 측정하며, 유일하게 회전하는 디스크인 은하의 비율이 35% 라고 밝혀냈다. 이전의 슬릿 스펙트로스코피 연구에서 보고된 Tully-Fisher 관계의 명백한 진화는 실제로는 65%의 은하에서 기인한 운동학적 교란 때문이며, 우주론적 진화가 아니며, 이론적인 Tully-Fisher 관계는 단지 안정된 디스크만 고려할 경우 기울기, 절편, 산란이 모두 변화하지 않음을 보여준다.

ABSTRACT

A precise derivation of the evolution of the Tully Fisher is crucial to understand the interplay between dark matter and baryonic matter in cosmological models, Using 15 deployable integral field units of FLAMES/GIRAFFE at VLT, we have recovered the velocity fields of 35 galaxies at intermediate redshift (0.4 < z < 0.75). This facility is able to recover the velocity fields of almost all the emission line galaxies with Iab <=22.5 and W_0(OII)>=15A In our sample, we find only 35% rotating disks. These rotating disks produce a Tully-Fisher relationship (stellar mass or M_K versus V_max) which has apparently not evolved in slope, zero point and scatter since z=0.6. The only evolution found is a brightening of the B band luminosity of a third of the disks, possibly due to an enhancement of the star formation. The very large scatters found in previously reported Tully-Fisher relationships at moderate redshifts are caused by the numerous (65%) galaxies with perturbed or complex kinematics. Those galaxies include minor or major mergers, merger remnants and/or inflow/outflows and their kinematics can be easily misidentified by slit spectroscopy. Their presence suggests a strong evolution in the dynamical properties of galaxies during the last 7 Gyrs.

연구 동기 및 목표

• 중간 적색이동(z ~ 0.6)에서 Tully-Fisher 관계 진화에 대한 모순되는 결과를 3차원 스펙트로스코피를 통해 정확히 은하 운동학을 측정하여 해결하고자 한다.
• 이전의 슬릿 스펙트로스코피 연구에서 제기한 linh력 또는 질량과 회전 속도를 연결하는 Tully-Fisher 관계가 z ~ 0.6 이후로 진화했는지 여부를 규명하고자 한다.
• 중간 적색이동에서 관측된 Tully-Fisher 관계의 큰 산란이 기기적 제약 때문인지, 실질적인 은하 운동학적 복잡성 때문인지 규명하고자 한다.
• 고적색이동 은하의 운동학적 상태를 평가하고, 전통적인 슬릿 기반 측정에 오염을 주는 비회전 또는 교란된 시스템의 비율을 정량화하고자 한다.

제안 방법

• VLT의 FLAMES/GIRAFFE 장치에 장착된 15개의 이동식 적분장 유닛(IFUs)을 사용하여 3차원 스펙트로스코피를 수행하여 공간 해상도가 있는 속도장과 속도 분산도를 작성하였다.
• 검출 가능한 방출선과 충분한 신호 대비 잡음 비율을 확보하기 위해 I_AB ≤ 22.5 및 W₀(OII) ≥ 15 Å 조건을 기반으로 은하 샘플을 선별하였다.
• 3차원 데이터 큐브에서 속도장과 σ-맵을 재구성하여 은하를 운동학적 유형으로 분류: 회전 디스크, 교란된 회전, 또는 복잡한/무작위 운동.
• 시각적 검토와 구조적 기준(속도 분산의 피크 이격도, 광학축과 운동학적 축의 정렬도)을 사용하여 은하 운동학을 분류하였다.
• 스피드 최대값(V_max)에 대한 항성 질량과 K-대역 절대 등급(M_K)을 사용하여, 안정된 디스크 형태의 운동학을 보이는 은하에 국한하여 Tully-Fisher 관계를 재구성하였다.
• 통계 분석에서 교란된 운동학을 보이는 은하(예: 융합, 유입, 유출)를 제외하여, 운동학적 평형이 깨진 시스템에 의한 오염으로부터 진정된 Tully-Fisher 관계를 분리하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 3차원 스펙트로스코피로 측정했을 때, z ~ 0.6에서 국소 우주로의 Tully-Fisher 관계 기울기, 절편, 산란에 변화가 있는가?
• RQ2 중간 적색이동에서 이전에 보고된 Tully-Fisher 관계의 큰 산란은 기기적 제약 때문인지, 실질적인 운동학적 복잡성 때문인지?
• RQ3 z ~ 0.6의 고적색이동 은하 중에서 운동학적으로 평형을 이룬 회전 디스크는 얼마나 되며, 이들의 운동학은 국소 은하와 어떻게 비교되는가?
• RQ4 융합, 유입, 유출 등이 회전곡선을 얼마나 오염시키며, 이로 인해 슬릿 스펙트로스코피 기반 연구에서 잘못된 분류가 발생하는가?
• RQ5 항성 질량 또는 K-대역 빛의 세기 기반 Tully-Fisher 관계가 z ~ 0.6에서 z = 0까지 안정된 회전 디스크만 고려할 경우 변화가 없는가?

주요 결과

• z ~ 0.6에서 관측한 35개 은하 중 유일하게 운동학적으로 평형을 이룬 회전 디스크는 35%에 불과하며, 대부분(65%)이 교란되거나 복잡한 운동학을 보임을 시사한다.
• 이전 연구에서 관측된 중간 적색이동에서의 Tully-Fisher 관계 산란은 주로 운동학적으로 교란된 은하에 의한 오염 때문이며, 우주론적 진화 때문이 아니라고 밝혀졌다.
• 안정된 디스크에 국한하여 고려할 경우, 항성 질량과 M_K 등급 모두에서 기울기, 절편, 산란이 국소 관계와 비교해 변화가 없음을 보여, 진정된 Tully-Fisher 관계는 진화가 없다.
• z ~ 0.6에서의 회전 디스크의 B-대역 등급은 z = 0에 비해 평균적으로 0.3 mag 밝아지며, 이는 별 형성 활동이 약 1/3 증가했음을 시사한다.
• 형태가 밀도가 높고 항성 질량이 낮은 은하는 복잡한 운동학(유입/유출 포함)을 보일 가능성이 더 높으며, 이는 회전 운동을 초월할 수 있다.
• z ~ 0.6에서 비회전 또는 평형이 깨진 시스템의 비율은 MB < -19.5인 은하의 36%로 국소 우주보다 현저히 높으며, 이는 최근 70억 년 동안 강한 운동학적 진화가 있었음을 시사한다.