[논문 리뷰] Dynamical Properties of z~2 Star Forming Galaxies and a Universal Star Formation Relation

N. Bouché, G. Cresci외 18명|SPIRE - Sciences Po Institutional REpository|2007. 06. 19.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 75인용 수 147

한 줄 요약

이 연구는 SINFONI/VLT 적층장역분광법과 IRAM CO 간섭계를 이용해 z~2 별 형성은 은하의 역학적 성질을 분석하며, UV-, 적외선-, 밀리미터파로 선택된 샘플을 비교한다. UV/적외선 빛나는 은하들은 도시형 디스크와 일관된 보편적인 속도-크기 관계를 따르는 반면, 밀도가 높고 극단적으로 작고 compact한 SMGs는 소산적 주요 합병을 시사하며, z~2에서 기울기가 약 ~1.7인 보편적인 Schmidt-Kennicutt 관계를 지지한다.

ABSTRACT

We present the first comparison of the dynamical properties of different samples of z~1.4-3.4 star forming galaxies from spatially resolved imaging spectroscopy from SINFONI/VLT integral field spectroscopy and IRAM CO millimeter interferometry. Our samples include 16 rest-frame UV-selected, 16 rest-frame optically-selected and 13 submillimeter galaxies (SMGs). We find that restframe UV- and optically bright (K<20) z~2 star forming galaxies are dynamically similar, and follow the same velocity-size relation as disk galaxies at z~0. In the theoretical framework of rotating disks forming from dissipative collapse in dark matter halos, the two samples require a spin parameter ranging from 0.06 to 0.2. In contrast bright SMGs have larger velocity widths and are much more compact. Hence, SMGs have lower angular momenta and higher matter densities than either of the UV- or optically selected populations. This indicates that dissipative major mergers may dominate the SMGs population, resulting in early spheroids, and that the majority of UV/optically bright galaxies have evolved less violently [...]. These early disks may later evolve into spheroids via disk instabilities or mergers. Because of their small sizes and large densities, SMGs lie at the high surface density end of a universal (out to z=2.5) "Schmidt-Kennicutt" relation between gas surface density and star formation rate surface density with a slope of ~1.7.

연구 동기 및 목표

• UV, 적외선, 밀리미터파로 선택된 기준에 따라 z~2 별 형성은 은하의 역학적 성질을 비교하기 위해.
• z~2에서 UV 및 적외선 빛나는 은하가 국소 디스크 은하와 동일한 운동학적 관계를 따르는지 확인하기 위해.
• 밀리미터파 은하(SMGs)의 고표면 밀도 기원과 그 역학적 진화를 조사하기 위해.
• 다양한 은하 집단에서 z~2에서의 Schmidt-Kennicutt 관계의 보편성을 시험하기 위해.
• 고적색편이 별 형성은 은하의 스핀 파라미터와 각운동량 함량을 제약하기 위해.

제안 방법

• 16개의 UV로 선택된, 16개의 적외선으로 선택된, 13개의 SMGs에 대해 SINFONI/VLT를 이용한 공간 해상도가 있는 적층장역분광법을 통해 z~1.4–3.4 범위에서 속도장과 역학적 질량을 측정하였다.
• 동일한 샘플에 대해 IRAM을 이용한 밀리미터파 대역 CO 간섭계를 통해 분자의 가스 함량과 운동학적 성질을 측정하였다.
• 방출선 프로파일의 운동학적 모델링을 통해 속도-크기 관계 및 역학적 질량 추정을 도출하였다.
• 회전 운동이 지배하는 것으로 가정하여 λ = V_max / (2V_circular) 관계를 사용해 스핀 파라미터를 계산하였다.
• 가스 표면 밀도 대 항성 형성률 표면 밀도를 그림으로 그려 Schmidt-Kennicutt 관계를 구축하였다.
• 어두운 물질 굴절 허브에서의 소산적 붕괴 이론적 예측과 관측된 운동학을 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 UV 및 적외선으로 선택된 z~2 별 형성은 은하들이 유사한 역학적 성질을 나타내는가?
• RQ2 z~2 디스크 형태 은하의 스핀 파라미터는 얼마이며, 이는 이론적 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 밀리미터파 은하(SMGs)의 역학적 성질은 UV 및 적외선으로 선택된 은하들과 어떻게 다를까?
• RQ4 z~2에서 Schmidt-Kennicutt 관계는 보편적인가? 다양한 은하 집단에서의 기울기는 얼마인가?
• RQ5 합병 또는 디스크 불안정성과 같은 물리적 과정이 관측된 운동학적 차이를 어떻게 설명하는가?

주요 결과

• UV 및 적외선 빛나는 z~2 은하(K<20)는 국소 디스크 은하와 동일한 속도-크기 관계를 따르며, 이는 유사한 회전 역학을 의미한다.
• 이 은하들은 스핀 파라미터가 0.06에서 0.2 사이여야 하며, 어두운 물질 굴절 허브에서의 소산적 붕괴와 일치한다.
• 밀리미터파 은하(SMGs)는 UV/적외선로 선택된 은하보다 훨씬 더 작고, 더 큰 속도 폭을 가지며, 낮은 각운동량과 더 높은 물질 밀도를 나타낸다.
• SMGs의 역학적 성질은 소산적 주요 합병에 의해 가장 잘 설명되며, 이는 초기 구형 은하 형성과 관련된다.
• 모든 세 집단은 z=2.5까지 보편적인 Schmidt-Kennicutt 관계 위에 위치하며, 기울기는 약 1.7이다.
• SMGs는 Schmidt-Kennicutt 관계의 고표면 밀도 영역에 위치하며, 집중적이고 극단적으로 작고 compact한 항성 형성과 일치한다.