[논문 리뷰] Evolution of the stellar metallicities of galaxies in the EAGLE simulations

M. E. De Rossi, R. G. Bower외 3명|arXiv (Cornell University)|2018. 05. 16.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 EAGLE 천체역학 시뮬레이션에서 은하의 금속성-질량 관계를 조사하며, 고정된 은하 질량에서 낮은 금속성을 가진 은하는 더 높은 가스 분율, 더 높은 특별한 별 형성률(sSFR), 더 어린 별 집단을 보임을 발견한다. 활성 은하핵(AGN) 피드백은 고질량 은하의 금속성을 비롯하여 핵심적으로 조절하며, AGN 피드백이 억제될 경우 $10^{11}\,M_\odot$ 에서 금속성은 최대 0.3 dex 증가함을 보여, $M_*-Z_*$ 관계 형성에 있어 그 핵심적 역할을 확인한다.

ABSTRACT

We study the correlation between stellar mass and stellar metallicity in the Evolution and Assembly of GaLaxies and their Environments (EAGLE) suite of cosmological hydrodynamical simulations. At a given stellar mass, simulated galaxies with lower stellar metallicities show, on average, higher gas fractions, higher specific star formation rates and younger stellar populations. Active galactic nuclei feedback seems to play an important role on the determination of the stellar metallicity at high stellar masses. In general, simulated systems follow a well-defined anticorrelation between stellar metallicity and gas fraction, which does not evolve significantly with redshift. All these trends are consistent with previous findings regarding the metallicity of the star-forming gas in EAGLE.

연구 동기 및 목표

• EAGLE 시뮬레이션에서 고정된 별 질량($M_*$) 조건 하에서 별 금속성($Z_*$) 이 전체 은하 성질에 대해 가지는 보조적 의존성 이해하기.
• 특히 $M_*$ 가 높을 때 활성 은하핵(AGN) 피드백이 $Z_*$ 를 어떻게 조절하는지 조사하기, 특히 $M_*-Z_*$ 관계의 기울기에 미치는 영향 분석하기.
• 적색편이와 시뮬레이션 해상도 변화에 따라 관측된 $Z_*$ 와 별 형성 가스 분율($f_{\rm SF,gas}$) 사이의 반상관관계가 얼마나 강인한지 테스트하기.
• 시뮬레이션된 $Z_*$ 경향을 관측된 스케일링 관계와 비교하며, 특히 $Z_*$, $M_*$, $f_{\rm SF,gas}$ 를 연결하는 '일반 금속성 관계'에 초점 맞추기.

제안 방법

• 연구는 $M_*-Z_*$ 관계와 그 보조적 의존성(가스 분율, 특별한 별 형성률(sSFR), 별 집단 연령 포함)을 분석하기 위해 고해상도 EAGLE-Recal-L025N0752 시뮬레이션을 사용한다.
• 은하 샘플은 $f_{\rm SF,gas}$, sSFR, 별 집단 연령으로 나누어 고정된 $M_*$ 조건 하에서 $Z_*$ 의 경향을 분리 분석한다.
• AGN 피드백 분석을 위해 중간 해상도 L050N0752 시뮬레이션을 사용하며, 다양한 AGN 가열 온도($\Delta T_{\rm AGN}$)를 적용함: NOAGN(완전 억제), Ref($10^{8.5}$ K), AGNdT8($10^8$ K), AGNdT9($10^9$ K).
• 적색편이에 따라 중앙값 $M_*-Z_*$ 관계와 산란을 계산하며, 오차 막대는 25번째 및 75번째 백분위수를 나타낸다.
• 분석은 시뮬레이션 경향을 관측 제약 조건과 이전의 EAGLE에서의 기체 금속성에 대한 결과와 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 EAGLE 시뮬레이션에서 고정된 별 질량($M_*$) 조건 하에서 별 금속성($Z_*$) 이 가스 분율, sSFR, 별 집단 연령과 어떻게 변하는가?
• RQ2 고질량 영역에서 AGN 피드백이 $M_*-Z_*$ 관계 형성에 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 EAGLE 시뮬레이션에서 $Z_*$ 와 $f_{\rm SF,gas}$ 사이의 반상관관계가 적색편이에 따라 변화하는가?
• RQ4 AGN 피드백 강도($\Delta T_{\rm AGN}$)의 변화가 $M_*-Z_*$ 관계의 정규화와 기울기에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 고정된 $M_*$ 조건 하에서, 낮은 $Z_*$ 를 가진 은하는 더 높은 별 형성 가스 분율($f_{\rm SF,gas}$), 더 높은 특별한 별 형성률(sSFR), 더 어린 별 집단을 보인다.
• $Z_*$ 와 $f_{\rm SF,gas}$ 사이의 반상관관계는 강력하며 적색편이에 따라 유의미하게 변화하지 않아, '일반 금속성 관계' 존재를 지지한다.
• AGN 피드백은 $M_* > 10^{10}\,M_\odot$ 에서 $Z_*$ 를 조절하는 데 핵심적인 역할을 하며, AGN 피드백이 억제될 경우 $M_* \sim 10^{11}\,M_\odot$ 에서 $Z_*$ 가 최대 0.3 dex 증가한다.
• $\Delta T_{\rm AGN}$ 이 증가할수록 $M_*-Z_*$ 관계의 기울기는 감소하며, 이는 더 강력한 AGN 피드백이 관계를 평탄하게 만든다는 것을 시사한다.
• 이러한 경향은 EAGLE에서 기체 금속성에 대한 이전 연구 결과와 일관되며, 피드백, 가스 함량, 금속 농도 향상 간의 연관성을 강화한다.