[논문 리뷰] MASSIV: Mass Assembly Survey with SINFONI in VVDS. III. Evidence for positive metallicity gradients in z~1.2 star-forming galaxies

J. Queyrel, T. Contini외 12명|arXiv (Cornell University)|2011. 11. 16.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 68인용 수 83

한 줄 요약

이 연구는 z~1.2의 별 형성 중인 은하 50개에 대한 공간적으로 해상도가 높은 SINFONI 스펙트로스코피를 사용하여 N2 비율을 통해 금속성 농도 기울기를 측정한다. 연구에서는 샘플의 14%인 7개 은하가 중심에서 외곽으로 향해 금속성 농도가 증가하는 유의미한 양의 금속성 농도 기울기를 보이며, 이는 금속 농도가 낮은 가스의 유입을 시사한다. 이는 상호작용이나 냉각 가스 축적에 의해 유도된 것으로 보이며, 국지 은하에서 관찰되는 일반적인 음의 기울기와 도전적인 대조를 이룬다.

ABSTRACT

A key open issue for galaxy evolution and formation models is the understanding of the different mechanisms of galaxy assembly at various cosmic epochs. The aim of this study is to derive the global and spatially-resolved metal content in high-redshift galaxies. Using VLT/SINFONI IFU spectroscopy of a first sample of 50 galaxies at z~1.2 in the MASSIV survey, we are able to measure the Ha and [NII]6584 emission lines. Using the N2 ratio as a proxy for oxygen abundance in the interstellar medium, we measure the metallicity of the sample galaxies. We develop a tool to extract spectra in annular regions of these galaxies, leading to a spatially-resolved estimate of the oxygen abundance in each galaxy. We derive a metallicity gradient for 26 galaxies in our sample and discover a significant fraction of galaxies with a "positive" gradient. Using a simple chemical evolution model, we derive infall rates of pristine gas onto the disks. Seven galaxies display a positive gradient at a high confidence level. Four out of these are interacting and one is a chain galaxy. We suggest that interactions might be responsible for shallowing and even inverting the abundance gradient. We also identify two interesting correlations in our sample: a) galaxies with higher gas velocity dispersion have shallower/positive gradients; and b) metal-poor galaxies tend to show a positive gradient whereas metal-rich ones tend to show a negative one. This last observation can be explained by the infall of metal-poor gas into the center of the disks. We address the question of the origin of this infall under the influence of gas flows triggered by interactions and/or cold gas accretion.

연구 동기 및 목표

• z~1.2의 고적색 이동 별 형성 중인 은하에서 통합장 스펙트로스코피를 사용하여 공간적으로 해상도가 높은 금속성 농도 기울기를 측정하기 위해.
• 은하의 구조 및 진화 메커니즘의 맥락에서 금속성 농도 기울기의 기원을 조사하기 위해.
• 고적색 이동 디스크 은하의 금속성 농도 프로파일을 형성하는 데 상호작용과 가스 유입이 수행하는 역할을 탐색하기 위해.
• 간단한 화학 진화 모델을 사용하여 가스 유입이 금속성 농도 기울기에 미치는 영향을 시험하기 위해.
• 금속성 농도 기울기, 전체 금속성 농도, 그리고 기체 속도 분산과 같은 운동학적 성질 간의 상관관계를 검토하기 위해.

제안 방법

• MASSIV 조사에서 z~1.2의 50개 은하에 대해 VLT/SINFONI 통합장 스펙트로스코피를 확보하여 Hα 및 [N ii]6584 방출선을 추출하였다.
• 은하간 매질의 산소 농도를 추정하기 위해 N2 비율(log([N ii]6584/Hα))을 사용하였다.
• Hα 피크를 중심으로 한 고리형 영역으로 나누어 은하를 분할함으로써 반경 방향 금속성 농도 프로파일을 확보하기 위해 스펙트럼 추출 도구를 개발하였다.
• 반경 방향 가스 유동을 포함한 단순한 화학 진화 모델을 적용하여 은하 디스크에 대한 순수 가스의 유입률을 추정하였다.
• 금속성 농도 기울기를 전체 금속성 농도, 기체 속도 분산, 형태학적 분류(예: 고립형 대비 상호작용형)와 상관시켰다.
• 통계적 분석을 통해 높은 신뢰도의 양의 기울기를 보이는 은하를 식별하고 그 물리적 의의를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 z~1.2 별 형성 중인 은하에서 금속성 농도 기울기의 분포는 어떻게 되며, 국지 은하와 비교해 볼 때 어떠한가?
• RQ2 상호작용이나 냉각 가스 축적과 같은 물리적 메커니즘이 고적색 이동 은하에서 양의 금속성 농도 기울기를 어떻게 설명할 수 있는가?
• RQ3 은하의 전체 금속성 농도는 기울기의 부호와 기울기의 기울기와 어떻게 상관관계가 있는가?
• RQ4 기체 속도 분산과 같은 운동학적 성질이 금속성 농도 기울기 형태와 얼마나 상관관계가 있는가?
• RQ5 관측된 금속성 농도 기울기는 금속 농도가 낮은 가스의 유입에 의해 설명될 수 있으며, 그로 인해 유도된 유입률은 어떠한가?

주요 결과

• 샘플의 7개 은하가 높은 신뢰도로 양의 금속성 농도 기울기를 보이며, 이는 총 50개 은하 샘플의 14%에 해당한다.
• 양의 기울기를 보이는 7개 은하 중 4개는 상호작용 시스템으로 분류되었고, 한 개는 체인 은하로 분류되어 있어 상호작용이 양의 기울기를 유도하거나 강화시킬 수 있음을 시사한다.
• 기체 속도 분산이 높은 은하는 일반적으로 얕거나 양의 금속성 농도 기울기를 보이며, 이는 더 흔들리는 은하간 매질 조건을 나타낸다.
• 약하지만 뚜렷한 상관관계가 존재한다: 금속 농도가 낮은 은하는 평탄하거나 양의 기울기를 보이며, 금속 농도가 높은 은하는 일반적으로 음의 기울기를 보인다.
• 관측된 경향은 중심부에 금속 농도가 낮은 가스가 유입되어 중심 금속성 농도가 희석되고 기울기가 평탄하거나 반전되는 것으로 설명될 수 있다.
• 순수 가스의 유입률은 연간 수백 태양질량에 이르며, 최대 유입률과 다크 물질 홀로 질량 사이에 양의 상관관계가 있다.