[논문 리뷰] DUVET: sub-kiloparsec resolved star formation driven outflows in a sample of local starbursting disk galaxies

Bronwyn Reichardt Chu, David B. Fisher외 14명|arXiv (Cornell University)|2024. 02. 27.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 Keck/KCWI를 이용해 10개의 로컬 스타버스트 디스크 은하에서 별 형성 주도 아웃플로우를 서브-킬로파섹 해상도로 측정하고, 아웃플로우 특성이 국부 SFR 및 항성질량 표면밀도에 따라 어떻게 스케일하는지 확립한다.

ABSTRACT

We measure resolved (kiloparsec-scale) outflow properties in a sample of 10 starburst galaxies from the DUVET (Deep near-UV observations of Entrained gas in Turbulent galaxies) sample, using Keck/KCWI observations of H$β$ and [OIII]~$λ$5007. We measure $\sim460$ lines-of-sight that contain outflows, and use these to study scaling relationships of outflow velocity ($v_{ m out}$), mass-loading factor ($η$; mass outflow rate per SFR) and mass flux ($\dotΣ_{ m out}$; mass outflow rate per area) with co-located SFR surface density ($Σ_{ m SFR}$) and stellar mass surface density ($Σ_{\ast}$). We find strong, positive correlations of $\dotΣ_{ m out} \propto Σ_{ m SFR}^{1.2}$ and $\dotΣ_{ m out} \propto Σ_{\ast}^{1.5}$. We also find shallow correlations between $v_{ m out}$ and both $Σ_{ m SFR}$ and $Σ_{\ast}$. Our resolved observations do not suggest a threshold in outflows with $Σ_{ m SFR}$, but rather we find that the local specific SFR ($Σ_{ m SFR}/Σ_\ast$) is a better predictor of where outflows are detected. We find that outflows are very common above $Σ_{ m SFR}/Σ_\ast\gtrsim 0.1$~Gyr$^{-1}$ and rare below this value. We argue that our results are consistent with a picture in which outflows are driven by supernovae, and require more significant injected energy in higher mass surface density environments to overcome local gravity. The correlations we present here provide a statistically robust, direct comparison for simulations and higher redshift results from JWST.

연구 동기 및 목표

• 스타 형성 주도 아웃플로우가 디스크를 어떻게 조절하는지에 대해 로컬의 높은 SFR 샘플에서 해상도화된 아웃플로우 특성을 측정하여 동기를 부여하고 제약한다.
• 국부적인 별 형성률 및 항성질량 표면 밀도와 함께 아웃플로우 질량 유량과 속도가 어떻게 스케일하는지 정량화한다.
• Sigma_SFR의 임계값이 아웃플로우를 지배하는지 평가하고 아웃플로우 발생의 최적의 국지 예측자를 식별한다.
• 관찰된 스케일링 관계를 초신성 폭발에 의한 구동 대, 광자 구동 모델 및 시뮬레이션과 비교한다.

제안 방법

• KCWI 레드사이드 적분장 데이터의 10개의 face-on DUVET 은하에 대해 서브-아크초 해상도의 관측 데이터를 얻는다.
• spaxel당 단일 및 이중 가우시안으로 Hβ 및 [OIII] 5007 방출선을 피팅하고 BIC 기준을 사용해 아웃플로우 성분을 식별한다.
• 가우시안 피팅으로부터 v_out를 |v_narrow−v_broad|+2σ_broad로 계산하며 필요 시 관측 분산 및 은하 경사도 보정한다.
• 침식 보정된 Hβ 및 Hα/Hβ 스케일링으로 스펙셀별 SFR을 도출하고 국부 SFR 및 항성질량 표면밀도를 계산한다.
• orthogonal distance 회귀를 사용해 dotΣ_out, η, 및 v_out의 Σ_SFR 및 Σ_*에 대한 멱 함수 스케일링을 조사한다.

Figure 1: Example fits from DUVET target UGC 01385. Left panel: an RGB image of UGC 01385 (R: Pan-STARRS z-band, G: Pan-STARRS r-band, B: Pan-STARRS g-band). Large green rectangle shows the footprint of our KCWI observations. Blue, purple and orange small squares show highlighted KCWI spaxels, for w

실험 결과

연구 질문

• RQ1 아웃플로우 특성(속도, 질량 유량, 질량 로딩)과 국부 가스/별 형성 특성(Σ_SFR, Σ_*) 사이의 해상도화된 관계는 무엇인가?
• RQ2 Σ_SFR와 함께 아웃플로우 구동 효율에 임계값 또는 연속적 경향이 로컬 영역에서 보이는가?
• RQ3 이 은하들에서 어떤 국지 매개변수가 아웃플로우의 존재 및 강도를 가장 잘 예측하는가?
• RQ4 관찰된 스케일링 관계가 에너지 구동 대/또는 운동량 구동 모델 및 시뮬레이션과 어떻게 비교되는가?
• RQ5 해상도화되고 국지적인 측정이 문헌의 전 세계 은하 아웃플로우 관계와 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• DotΣ_out는 Σ_SFR과 ~Σ_SFR^1.2( extinction-corrected ) 및 ~Σ_SFR^1.0–1.25( nocorrected, 방법에 따라 )으로 스케일한다.
• DotΣ_out는 또한 Σ_*와 ~Σ_*^1.7(extinction-corrected)로 스케일한다.
• v_out는 Σ_SFR 및 Σ_* 양쪽에 대해 얕은 의존성을 보이며 강한 임계값은 보이지 않는다.
• 지역 특이적 SFR(Σ_SFR/Σ_*)가 아웃플로우가 검출되는 위치를 예측하는 데 Σ_SFR만보다 더 좋다.
• 아웃플로우는 Σ_SFR/Σ_* ≳ 0.1 Gyr^-1 이상에서 흔하고 이 값 아래에서는 드물다.
• 결과는 국부 차원의 고밀도 환경이 필요하며 시뮬레이션 및 JWST 시대 비교에 활용 가능한 정량적 스케일링을 제공하는 초신자유도 구동 아웃플로우 모형을 지지한다.

Figure 2: Summed total galaxy quantities for our 10 face-on DUVET galaxies (blue circles) and 5 DUVET edge-on galaxies (blue squares, McPherson et. al. in prep ) compared with entire galaxy measurements from nearby dwarf galaxies measured in emission (down triangles, up triangles: McQuinn et al., 20