[논문 리뷰] Hierarchical Disk Galaxy Assembly as the Origin of Scatter in the z~1 Stellar Mass Tully-Fisher Relation

Nicola Atkinson, Christopher J. Conselice외 1명|ArXiv.org|2007. 12. 09.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 z~1 별질량 터리-파이저 관계의 산란이 주로 미소 분열 및 가용성에 의한 계층적 구조 형성에서 기인하며, 본질적인 디스크 성질 때문이 아니라는 것을 입증한다. 허블 우주망원경 영상 분석을 통해, 구조적 비대칭성(CAS 파라미터)과 터리-파이저 관계에서의 별질량 및 최대 회전속도의 편차 사이에 >3σ 상관관계를 발견하여 고적색도 디스크은하의 지속적인 역학적 진화를 시사한다.

ABSTRACT

Recent observations of distant disk galaxies show that there is little to no evolution in the relation between maximum rotation speed and stellar mass at z < 1.2. There is however a significant scatter between these two quantities whose origin is uncertain. We show in this paper that this scatter is at least partially the result of galaxy merging, revealing that disk galaxy growth at z < 1 is fundamentally hierarchical. We carry this out by calculating CAS (concentration, asymmetry, clumpiness) structural parameters using archival Hubble Space Telescope imaging of 91 high-redshift disk galaxies at 0.4 < z < 1.0 with robustly measured stellar masses and rotational maximum velocities taken from Conselice et al. (2005). We separate our sample into two redshift bins divided at z = 0.7, and investigate deviations from the stellar-mass Tully-Fisher relation in both the M_* and V_max directions, and how these correlate with structural asymmetries. We find a significant (> 3 sigma) correlation between the residuals from the stellar-mass Tully-Fisher relation in both the M_* and V_max directions, and high asymmetries. This result holds after we remove contributions from star formation and edge-on galaxies which can produce higher asymmetries unrelated to merging. While there are a few cases in which our disk galaxies have very large asymmetries, and are potentially involved in major mergers, in general these asymmetries are smaller than the major merger limit. It is therefore likely that these galaxies are forming hierarchically through minor galaxy mergers, which is also suggested by the constant slope and zero point of the stellar mass Tully-Fisher relation during the same epoch.

연구 동기 및 목표

• z~1 별질량 터리-파이저 관계의 산란 원인을 규명하고자 하며, 이 관계의 탄탄함에도 불구하고 아직 설명되지 않은 상태이다.
• 형태학적 교란(형태적 특성으로 나타남)이 터리-파이저 관계에서의 편차와 상관관계가 있는지 확인하고자 한다.
• 산란이 관측 오차나 항성 형성 때문이 아니라, 미소 분열 또는 가용성과 같은 계층적 과정 때문인지 테스트하고자 한다.
• z<1 디스크 은하가 외형적으로 안정해 보일지라도 여전히 역학적 과정을 통해 형성되고 있는지 평가하고자 한다.

제안 방법

• 0.4<z<1.0 범위의 고적색도 디스크 은하 91개에 대해 약 0.4<z<1.0 범위에서 신뢰성 있게 측정된 별질량과 최대 회전속도를 확보한 아카이브 허블 우주망원경 영상 분석.
• 형태학적 교란 정도를 정량화하기 위해 CAS(농도, 비대칭성, 덩어리) 구조적 특성 파라미터 계산.
• z=0.7을 기준으로 샘플을 두 개의 적색편이 밴드로 나누어 비대칭성과 터리-파이저 관계에서의 편차 변화를 분석.
• 별질량-터리-파이저 관계 잔차(M* 및 Vmax 기준)와 비대칭성 간의 통계적 상관관계 분석. 항성 형성 및 편경향 기울기 영향을 보정.
• 비대칭성과 운동학적/질량 편차 간 상관관계의 신뢰성을 평가하기 위해 3σ 유의수준 기준 사용.
• 최근 5 Gyr 동안의 역학적 진화를 추론하기 위해 고적색도(z>0.7)에서 비대칭성 높은 은하(A>0.25)의 비율을 비교.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 z~1 별질량 터리-파이저 관계의 산란은 은하 분열 또는 가용성과 관련된 형태학적 교란 때문인가?
• RQ2 고적색도 디스크 은하에서 별질량 또는 최대 회전속도의 터리-파이저 관계 편차는 구조적 비대칭성과 상관관계가 있는가?
• RQ3 관측된 비대칭성은 주요 분열 때문인가, 아니면 미소 분열 활동과 계층적 가용성과 더 일치하는가?
• RQ4 항성 형성과 편경향 디스크 기울기 영향을 제거한 후에도 비대칭성과 터리-파이저 잔차 간 상관관계가 유지되는가?
• RQ5 z<1 디스크 은하에서 주요 분열 시기 이후에도 여전히 지속적인 역학적 진화의 증거가 있는가?

주요 결과

• 별질량(M*) 및 최대 회전속도(Vmax) 양쪽 모두에서 구조적 비대칭성과 별질량-터리-파이저 관계에서의 편차 사이에 유의미한(>3σ) 상관관계 존재.
• 편경향 은하 및 강한 항성 형성 시스템을 제외한 후에도 비대칭성과 잔차 간 상관관계 유지되어, 이들이 관측된 비대칭성의 주요 원인이 아님을 배제.
• z>0.7의 약 70% 디스크 은하가 z~0 터리-파이저 관계를 초과하여 편차를 보이며, 질량 및 운동학적 성장이 계속되고 있음을 시사.
• 별질량 편차는 일반적으로 저질량 은하(~10^11 M☉) 수준이며, 주요 분열이 아니라 미소 분열 가용성과 일치함.
• z>0.4에서 비대칭성 높은 은하(A>0.25)의 비율이 유의미하게 높아 최근 5 Gyr 동안의 지속적 역학적 진화를 뒷받침.
• 결과는 주로 미소 분열 및 가용성을 통한 계층적 디스크 은하 형성과 일치하며, z<1 범위에서 터리-파이저 관계의 기울기 및 절편이 일정하게 유지됨을 시사.