[논문 리뷰] Frequency and Impact of Galaxy Mergers and Interactions over the last 7 Gyr

Shardha Jogee, Seumas Miller외 22명|ArXiv.org|2008. 02. 26.

Radio Astronomy Observations and Technology참고 문헌 1인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 지난 70억 년 동안 (z ≈ 0.24–0.80) 허블 우주망원경 및 GEMS 조사의 다중 파장 데이터를 분석하여 은하 융합 및 상호작용 빈도와 별 형성에 미치는 영향을 측정한다. 강하게 교란된, 융합 영향을 받는 은하가 질량이 큰 시스템(M ≥ 2.5×10¹⁰ M☉)에서 모든 적색편이 구간에서 8–12%를 차지하는 것으로 나타났으며, 융합률은 LCDM 시뮬레이션과 일치하지만, 이 시스템들은 총 은하 별 형성률 밀도의 30% 미만 기여함을 시사하여 일반 은하가 전체 별 형성 역사에서 지배적임을 나타낸다.

ABSTRACT

We explore the history and impact of galaxy mergers and interactions over z~0.24 to 0.80, based on HST ACS, Combo-17, and Spitzer 24 mu data of ~4500 galaxies in the GEMS survey. Using visual and quantitative parameters,we identify galaxies with strong distortions indicative of recent strong interactions and mergers versus normal galaxies (E/S0, Sa, Sb-Sc, Sd/Irr). Our results are: (1) The observed fraction F of strongly disturbed systems among high mass (M>=2.5E10 Msun) galaxies is ~9% to 12% in every Gyr bin over z~0.24 to 0.80. The corresponding merger rate is a few times 10^-4 galaxies Gyr-1 Mpc-3. The fraction F shows fair agreement with the merger fraction of mass ratio >=1:10 predicted by several LCDM-based simulations. (2) For M>=1E9 Msun systems, the average star formation rate (SFR) of strongly disturbed systems is only modestly enhanced with respect to normal galaxies, in agreement with recent simulations. In fact, over z~0.24 to 0.80, strongly disturbed systems only account for a small fraction (

연구 동기 및 목표

• 깊은 다중 파장 영상 데이터를 활용해 지난 70억 년 동안 은하 융합 및 상호작용의 빈도를 경험적으로 제약하는 것.
• 다른 질량대의 은하에서 이러한 상호작용이 별 형성률(SFR)에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 관측된 융합 분율과 SFR 증가율을 LCDM 기반 시뮬레이션 예측과 비교하는 것.
• 융합 유도 별 형성률이 총 은하 별 형성률 밀도를 지배하는지, 아니면 일반 은하가 주요 기여자인지 규명하는 것.

제안 방법

• HST ACS F606W 영상에서 약 4,500개의 은하를 'Dist'(강하게 교란된, 융합/상호작용 후보) 및 'Normal'(교란되지 않은) 클래스로 시각적 분류.
• 시각적 분류의 교차 검증을 위해 CAS 코드에서 유도된 정량적 형태학적 파라미터(비대칭성 A 및 덩어리성 S) 사용.
• HST ACS, COMBO-17 및 스피쳐 24 μm 데이터를 조합하여 샘플의 적색편이, 항성 질량 및 별 형성률(SFR) 유도.
• 적색편이를 1 Gyr 간격으로 나누어 (z ≈ 0.24–0.80) 시간에 따른 융합 분율 및 SFR의 진화 추적.
• 관측된 융합 분율을 반경분석(SA), N-체 및 SPH 시뮬레이션(예: Hopkins et al. 2008, Somerville et al. in prep.)의 예측과 비교.
• 시각적 분류의 유효성 검증을 위해 더 깊은 GOODS F850LP 영상과 함께 몬테카를로 시뮬레이션 및 교차 검증 수행, 특히 고적색편이 영역에서의 신뢰성 확보.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 적색편이 범위 z ≈ 0.24–0.80 동안 질량이 큰 은하(M ≥ 2.5×10¹⁰ M☉)에서 은하 융합 및 강한 상호작용의 빈도는 어떠한가?
• RQ2 이 적색편이 범위 내에서 강하게 교란된 은하의 별 형성률은 일반 은하와 비교해 어떠한가?
• RQ3 융합 영향을 받는 은하가 총 은하 별 형성률 밀도에 얼마나 기여하는가?
• RQ4 LCDM 기반 시뮬레이션은 관측된 융합 분율과 SFR 증가율을 얼마나 잘 예측하는가?

주요 결과

• 질량이 큰 시스템(M ≥ 2.5×10¹⁰ M☉)에서 강하게 교란되고 융합 영향을 받는 은하의 관측 분율 F는 z ≈ 0.24에서 0.80까지의 모든 1 Gyr 적색편이 구간에서 일관되게 8–12%이다.
• 해당 융합률은 약 몇 ×10⁻⁴ 개의 은하 Gyr⁻¹ Mpc⁻³ 수준이며, 질량 비율 ≥1:10인 융합에 대해 LCDM 기반 시뮬레이션의 예측과 일치한다.
• 질량이 M ≥ 1.0×10⁹ M☉인 은하에서, 강하게 교란된 시스템의 평균 SFR은 z ≈ 0.24–0.80 기간 동안 일반 은하에 비해 다소 높게 증가되어 있다.
• 강하게 교란된 시스템은 적색편이 범위 z ≈ 0.24–0.80 기간 동안 총 은하 별 형성률 밀도의 30% 미만을 차지한다.
• 이 적색편이 범위에서 은하 별 형성률 밀도의 행동은 주로 융합 영향을 받지 않은 일반 은하에 의해 결정된다.
• 관측된 융합 분율은 Hopkins et al. (2008), Somerville et al. (in prep.), Benson et al. (2005), D’Onghia et al. (2008) 등 여러 LCDM 기반 모델의 시뮬레이션 융합 분율과 양호한 일치를 보인다.