[논문 리뷰] Star formation along the Hubble sequence: Radial structure of the star formation of CALIFA galaxies

R. M. González Delgado, R. Cid Fernandes외 22명|arXiv (Cornell University)|2016. 03. 02.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 108인용 수 80

한 줄 요약

이 연구는 CALIFA 설문 조사의 적분장 스펙트로스코피를 이용해 허블 시퀀스를 따라 416개의 은하에서 반경 방향 별도 형성률(SFR)을 맵핑한다. SFR 표면 밀도는 반경 방향으로 감소하며, 나설판의 간격에서 거의 변화가 없으며, 주요 별 형성 시퀀스를 거의 일정한 면적당 SFR로 확인한다. 초기형 은하(E/S0)는 억제되어 있으며, 별 형성은 늦은 유형의 나선판(Sbc, Sc, Sd)이 지배한다. 지역 SFR 밀도는 0.0105 M⊙ yr⁻¹ Mpc⁻³이다.

ABSTRACT

The aim of this paper is to characterize the radial structure of the star formation rate (SFR) in galaxies in the nearby Universe as represented by the CALIFA survey. The sample under study contains 416 galaxies observed with IFS, covering a wide range of Hubble types and stellar masses. Spectral synthesis techniques are applied to obtain radial profiles of the intensity of the star formation rate in the recent past, and the local sSFR. To emphasize the behavior of these properties for galaxies that are on and off the main sequence of star formation (MSSF) we stack the individual radial profiles in bins of galaxy morphology and stellar masses. Our main results are: a) The intensity of SFR shows declining profiles that exhibit very little differences between spirals. The dispersion between the profiles is significantly smaller in late type spirals. This confirms that the MSSF is a sequence of galaxies with nearly constant intensity of SFR b) sSFR values scale with Hubble type and increase radially outwards, with a steeper slope in the inner 1 HLR. This behavior suggests that galaxies are quenched inside-out, and that this process is faster in the central, bulge-dominated part than in the disks. c) As a whole, and at all radii, E and S0 are off the MSSF. d) Applying the volume-corrections for the CALIFA sample, we obtain a density of star formation in the local Universe of 0.0105 Msun/yr/Mpc^{-3}. Most of the star formation is occurring in the disks of spirals. e) The volume averaged birthrate parameter, b'=0.39, suggests that the present day Universe is forming stars at 1/3 of its past average rate. E, S0, and the bulge of early type spirals contribute little to the recent SFR of the Universe, which is dominated by the disks of later spirals. f) There is a tight relation between the intensity of the SFR and stellar mass, defining a local MSSF relation with a logarithmic slope of 0.8.

연구 동기 및 목표

• 공간 해상도가 높은 데이터를 이용해 허블 시퀀스의 은하들에 걸쳐 별 형성률(SFR)의 반경 방향 구조를 규명하는 것.
• SFR 강도와 특별형 별 형성률(sSFR = Σ_SFR / μ⋆)이 허블 유형과 반경에 따라 어떻게 변화하는지, 특히 주요 별 형성 시퀀스(MSSF)와의 관계를 규명하는 것.
• 다양한 형상 유형(E, S0, 나선판)이 국소 우주에서 총 별 형성률 밀도에 기여하는 정도를 정량화하는 것.
• 지역적(예: 별질량 표면 밀도) 대비 전반적(예: 구형체 형성) 과정이 별 형성 조절에 미치는 역할을 평가하는 것.
• CALIFA 설문 조사의 체적 보정을 검증하기 위해 유도된 SFR 밀도를 독립적 추정치와 비교하는 것.

제안 방법

• 10⁹에서 7×10¹¹ M⊙의 다양한 허블 유형과 별질량을 가진 416개의 은하를 포함하는 CALIFA 적분장 스펙트로스코피 설문 조사의 2차원 데이터 큐브를 활용.
• 스펙트럼 합성 기법을 적용하여 SFR 표면 밀도(Σ_SFR)와 특별형 별 형성률(sSFR = Σ_SFR / μ⋆)의 2차원 맵 및 반경 프로파일을 유도.
• 7개의 형상 유형 그룹(E, S0, Sa, Sb, Sbc, Sc, Sd)과 다수의 별질량 그룹에 대해 반경 프로파일을 스택하여 체계적 경향을 파악.
• CALIFA 샘플에 체적 보정을 적용하여 국소 우주에서의 별 형성률 밀도(ρ_SFR)를 추정.
• 현재 SFR가 과거 평균 비율에 비해 어느 정도인지 평가하기 위해 체적 평균 태도 파라미터 b′ = SFR / ⟨SFR⟩_lifetime 를 계산.
• 지역 MSSF 관계(Σ_SFR vs. μ⋆)를 분석하여 기울기와 산란을 허블 유형에 따라 정량화.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 별 형성률 표면 밀도(Σ_SFR)의 반경 프로파일이 다양한 허블 유형에서 어떻게 변화하는가?
• RQ2 특별형 별 형성률(sSFR)과 Σ_SFR가 어느 정도 반경 방향 경향을 따르며, 이는 내부에서 외부로 끄는 억제(inside-out quenching)에 어떤 의미를 갖는가?
• RQ3 초기형(E/S0)과 늦은 유형(Sbc, Sc, Sd) 은하가 총 국소 별 형성률 밀도에 기여하는 정도는 어느 정도인가?
• RQ4 지역 MSSF 관계(Σ_SFR vs. μ⋆)는 전반적 MSSF(SFR vs. M⋆)와 어떻게 비교되며, 기울기와 산란은 SFR 조절에 대해 무엇을 드러내는가?
• RQ5 전반적 과정(예: 구형체 형성)이 별 형성 억제에 미치는 영향와 지역 과정(예: 가스 밀도)이 어느 정도 기여하는가?

주요 결과

• SFR 표면 밀도(Σ_SFR)는 반경 방향으로 감소하며, 1개의 반광반경(HLR)에서 약 20 M⊙ Gyr⁻¹ pc⁻²의 값을 가지며, 나선판 유형 간 거의 변화가 없어, 주요 별 형성 시퀀스가 면적당 거의 일정한 SFR임을 확인한다.
• sSFR는 반경 방향으로 외부로 증가하며, 내부 1 HLR에서는 기울기가 더 급격하여 내부에서 외부로 끄는 억제가 나타나며, 구형체가 지배하는 영역에서 더 빠르게 억제됨을 시사한다.
• E 및 S0 은하는 MSSF에서 크게 이격되어 있으며, 같은 질량의 나선판에 비해 SFR가 훨씬 낮아, 그들이 수면 상태임을 확인한다.
• 국소 SFR 밀도는 ρ_SFR = (0.0105 ± 0.0008) M⊙ yr⁻¹ Mpc⁻³이며, 독립적 추정치와 뛰어난 일치를 보여 CALIFA의 체적 보정이 검증됨.
• 체적 평균 태도 파라미터는 b′ = 0.39 ± 0.03이며, 현재 SFR가 장기 평균의 약 1/3임을 나타내며, Sbc, Sc, Sd 은하의 디스크가 현재 별 형성의 주요 기여자임을 시사한다.
• Σ_SFR와 μ⋆ 사이에 밀도 있는 지역 MSSF 관계가 존재하며, 로그 기울기는 0.8이며 산란은 주로 허블 유형에 의해 결정된다. 이는 지역 과정(예: 가스 밀도)이 SFR를 조절하는 반면, 전반적 과정(예: 구형체 형성)이 억제를 조절함을 시사한다.