[논문 리뷰] The Atlas3D project - XX. Mass-size and Mass-sigma projections of the Virial Plane of early-type galaxies: variation of morphology, kinematics, mass-to-light ratio and stellar initial mass function

Michele Cappellari, Richard M. McDermid외 21명|arXiv (Cornell University)|2012. 08. 17.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 아틀라스3D 설문조사를 이용해 초기형은하(ETG)의 질량-크기 및 질량-속도분산 투영을 연구하며, 형상과 운동학이 주도하는 이중성 분포를 규명한다. 약 3×10¹⁰ M☉에서 질량 차단점이 발견되며, 이는 디스크 지배의 빠른 회전체와 쌍성 지배의 느린 회전체 시퀀스로 나뉘어지며, 속도분산(σ)이 복합체 비율을 반영하여 M/L, IMF, 건조합류에 의한 억제를 지배함을 보여준다.

ABSTRACT

We study the (M,sigma) and (M,Re) projections of the thin Mass Plane (MP) (M,sigma,Re) which describes the distribution of the galaxy population. The distribution of galaxy properties on the MP is characterized by: (i) a zone of exclusion described by two power-laws joined by a break at M 3e10 Msun. This results in a break in the mean M-sigma relation with Msigma^2.3 and M sigma^4.7 at small and large sigma respectively; (ii) a mass M 2e11 Msun which separates a population dominated by flat fast rotator with disks and spiral galaxies at lower masses, from one dominated by quite round slow rotators at larger masses; (iii) below that mass the distribution of ETGs properties tends to be constant along lines of constant sigma; (iv) it forms a parallel sequence with the distribution of spiral galaxies; (v) at even lower masses, the distribution of fast rotator ETGs and late spirals naturally extends to that of dwarf ETGs (Sph) and dwarf irregulars (Im) respectively. We show via dynamical models that sigma traces the bulge fraction, which drives the observed trends in M/L, Hbeta, colour, IMF and molecular gas fraction. We interpret this as due to a combination of two main effects: (i) an increase of the bulge fraction which increases sigma and greatly enhances the likelihood for a galaxy to have its star formation quenched, and (ii) dry merging, increasing galaxy mass along lines of nearly constant sigma, while leaving the population unchanged. [Abriged]

연구 동기 및 목표

• 초기형은하(ETG)가 바이알 평면의 질량-속도분산 및 질량-크기 투영에서 어떻게 분포되어 있는지 이해하기.
• 다양한 질량 스케일에서 관측된 이중성 형상 및 운동학의 물리적 원인을 규명하기.
• 속도분산(σ)이 복합체 비율, 은하형성 초기 질량 함수(IMF), 항성 형성 억제와 어떻게 상관관계를 가지는지 조사하기.
• 건조합류가 질량 성장을 거의 일정한 σ 시퀀스를 따라 유지하는 데 어떤 역할을 하는지 규명하기.

제안 방법

• 아틀라스3D 설문조사 데이터 분석을 통해 (M, σ) 및 (M, Re) 평면에서 ETG의 분포를 매핑하기.
• M ≈ 3×10¹⁰ M☉에서 M-σ 관계의 끊어짐을 확인하며, 각각 낮은 σ에서는 M ∝ σ².³, 높은 σ에서는 M ∝ σ⁴.⁷인 별도의 멱법칙 기울기를 규명하기.
• 역학 모델을 활용해 σ가 복합체 비율과 M/L, Hβ, 색깔, 분자가스 비율에 미치는 영향을 연결하기.
• 은하진과 소형은하 집단과의 비교를 통해 진화 연속성을 추적하기.
• 건조합류가 운동학적 또는 형상적 특성을 변화시키지 않은 채 거의 일정한 σ 궤적을 따라 질량 성장을 이끄는 메커니즘으로 모델링하기.
• 관측된 경향이 복합체 비율 증가와 건조합류에 의해 주도됨을 해석하며, IMF 및 억제 변화를 설명하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 약 3×10¹⁰ M☉에서 M-σ 관계의 끊어짐은 무엇에 의해 발생하며, 은하 진화에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 ETG의 질량-속도분산 및 질량-크기 평면에서의 분포는 근본적인 형상과 운동학을 어떻게 반영하는가?
• RQ3 속도분산(σ)이 복합체 비율과 M/L, IMF, 억제에 미치는 영향을 어느 정도 반영하는가?
• RQ4 건조합류와 복합체 성장이 바이알 평면에서 관측된 시퀀스를 어떻게 함께 형성하는가?
• RQ5 빠른 회전체 ETG, 나선은하, 소형은하 시스템(Sph/Im)은 질량-속도분산 평면에서 어떤 연결고리가 있는가?

주요 결과

• M ≈ 3×10¹⁰ M☉에서 M-σ 관계의 끊어짐이 발생하며, 낮은 σ에서는 M ∝ σ².³, 높은 σ에서는 M ∝ σ⁴.⁷인 별도의 멱법칙 기울기를 보인다.
• M ≈ 2×10¹¹ M☉인 은하들은 빠른 회전, 디스크 지배의 ETG와 느린 회전, 쌍성 지배의 시스템으로 분리된다.
• 약 2×10¹¹ M☉ 이하에서는 일정한 σ 선을 따라 ETG 성질이 거의 일정하며, 이는 복합체 비율과의 밀접한 상관관계를 시사한다.
• 빠른 회전체 ETG와 나선은하의 분포는 평행한 시퀀스를 형성하며, 자연스럽게 소형 ETG(Sph)와 소형 불규칙은하(Im)로 연장된다.
• 역학 모델은 σ가 복합체 비율을 반영하며, 이는 M/L, Hβ, 색깔, IMF, 분자가스 비율을 제어함을 확인한다.
• 건조합류는 거의 일정한 σ 궤적을 따라 질량 성장을 이끌며, 운동학적 및 형상적 특성을 유지하면서도 억제와 복합체 지배성을 강화한다.