[논문 리뷰] Integral field spectroscopy with SINFONI of VVDS galaxies. I. Galaxy dynamics and mass assembly at 1.2 < z < 1.6

B. Épinat, T. Contini외 7명|arXiv (Cornell University)|2009. 03. 06.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 79인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 VLT의 SINFONI를 사용한 근적외선 적층장역분광법을 통해 1.2 < z < 1.6 범위의 아홉 개의 성별은 은하의 운동학을 분석하며, 이 시기 은하 질량 형성은 주로 대규모 융합(30%의 시스템), 높은 속도 분산을 동반한 불안정한 역학(44%), 그리고 회전하는 디스크(22%) 등의 다수의 과정을 포함함을 밝혀냈다. 결과는 계단형 융합과 지속적인 가스 유입이 우주의 별 형성 피크 시기 동안 거대 은하의 빠른 항성 질량 축적을 이끄는 데 공동으로 기여한다는 시나리오를 지지한다.

ABSTRACT

Context. Identifying the main processes of galaxy assembly at high redshifts is still a major issue to understand galaxy formation and evolution at early epochs in the history of the Universe. Aims. This work aims to provide a first insight into the dynamics and mass assembly of galaxies at redshifts 1.2<z<1.6, the early epoch just before the sharp decrease of the cosmic star formation rate. Methods. We use the near-infrared integral field spectrograph SINFONI on the ESO-VLT under 0.65 seeing to obtain spatially resolved spectroscopy on nine emission line galaxies with 1.2<z<1.6 from the VIMOS VLT Deep Survey. We derive the velocity fields and velocity dispersions on kpc scales using the Halpha emission line. Results. Out of the nine star-forming galaxies, we find that galaxies distribute in three groups: two galaxies can be well reproduced by a rotating disk, three systems can be classified as major mergers and four galaxies show disturbed dynamics and high velocity dispersion. We argue that there is evidence for hierarchical mass assembly from major merger, with most massive galaxies with M>10^11Msun subject to at least one major merger over a 3 Gyr period as well as for continuous accretion feeding strong star formation. Conclusions. These results point towards a galaxy formation and assembly scenario which involves several processes, possibly acting in parallel, with major mergers and continuous gas accretion playing a major role. Well controlled samples representative of the bulk of the galaxy population at this key cosmic time are necessary to make further progress.

연구 동기 및 목표

• 우주의 별 형성률 감소 이전의 중요한 시기인 1.2 < z < 1.6에서 은하의 역학 상태와 질량 형성 메커니즘을 조사하기 위해.
• 주요 융합, 보조 융합, 그리고 순차적 진화가 이 시기 은하 운동학과 항성 질량 증가에 미치는 상대적 기여를 규명하기 위해.
• 고적색 은하의 높은 속도 분산과 디스크 형성에 기여하는 가스 유입 및 내부 불안정성의 기여를 평가하기 위해.
• 이러한 적색편이 범위에서 주요 성별은 은하 집단 내 AGN 활동의 존재와 영향을 평가하기 위해.
• 우주의 별 형성 피크 시기 동안 은하 형성 모델을 뒷받침할 수 있는 대표적이고 공간적으로 해상도가 높은 운동학 샘플을 확보하기 위해.

제안 방법

• ESO VLT의 SINFONI를 사용하여 0.65′′의 시야 해상도를 확보한 공간적으로 해상도가 높은 근적외선 적층장역분광법을 확보하였다.
• VVDS(VIMOS VLT Deep Survey)에서 유도된 적색편이 1.2 ≤ z ≤ 1.6인 아홉 개의 발광선 은하를 대상으로 하였다.
• Hα 발광선을 이용해 킬로파섹 규모에서 2차원 속도장과 속도 분산을 유도하였다.
• 은하를 역학적 유형으로 분류: 회전 디스크, 주요 융합, 높은 σ를 동반한 불안정한 역학 시스템.
• [N ii]/Hα 및 [S ii]/Hα 선비율 맵을 사용하여 중대한 AGN 오염 여부를 배제하였다.
• 관측된 운동학을 디스크 회전, 융합 잔여물, 가스 유입 유도 흔들림에 대한 이론적 기대와 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 1.2 < z < 1.6 범위의 성별은 은하에서 주로 어떤 역학적 상태(예: 회전 디스크, 융합 잔여물, 불안정한 시스템)를 보이며, 그 비율은 어떻게 되는가?
• RQ2 이러한 적색편이 범위에서 거대 은하(M > 10^11 M⊙)의 질량 형성에 주요 융합이 얼마나 기여하는가?
• RQ3 고적색 은하의 높은 속도 분산은 내부 불안정성, 보조 융합, 또는 냉각된 가스 유입과 어떤 관련이 있는가?
• RQ4 z ≈ 1.4에서 주요 성별은 은하 집단 내 AGN 활동의 증거가 있는가, 그리고 별 형성과의 상관관계는 어떠한가?
• RQ5 관측된 운동학은 단일 형성 메커니즘으로 설명 가능한가, 아니면 융합, 유입, 순차적 진화의 병합된 과정이 필요한가?

주요 결과

• 아홉 개의 은하 중 세 개(33%)는 안정적이고 거대한 디스크를 나타내는 회전 디스크 모델에 가장 잘 맞아, z ≈ 1.4에서 안정된 대규모 디스크가 존재함을 시사한다.
• 두 개의 은하(22%)는 뚜렷한 주요 융합의 역학적 징후를 보이며, 이는 불안정한 속도장과 높은 속도 분산을 포함한다.
• 네 개의 은하(44%)는 불안정한 역학과 높은 속도 분산(σ > 200 km/s)을 보이며, 최근 또는 지속 중인 보조 융합 또는 강한 가스 유입의 가능성을 시사한다.
• 근접 쌍에서의 관측된 융합률 30%는 주요 융합을 통한 계단형 질량 형성 과정이 이 시기 동안 거대 은하의 형성에 활발히 기여하고 있음을 시사한다.
• 형광형 AGN에 대한 유의미한 증거는 발견되지 않았으며, [N ii]/Hα 및 [S ii]/Hα 비율은 항성 형성 은하의 일반적인 특성과 일치하며 중심 과잉이 없었다.
• 결과적으로, 주요 융합, 보조 융합, 지속적인 가스 유입 등 여러 과정이 동시에 작용하여 z ≈ 1.4에서 은하 질량 형성에 기여하고 있을 가능성이 높다.