[논문 리뷰] The $HI$- and $H_{2}$-to-stellar mass correlations of late- and early-type galaxies and their consistency with the observational mass functions

A. R. Calette, V. Ávila-Reese외 3명|arXiv (Cornell University)|2018. 03. 20.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 27

한 줄 요약

이 연구는 현지 능동성과 능동성 간의 관계를 유도하기 위해 국지 은하 데이터를 종합하고 동일하게 다듬어 능동성과 능동성 간의 관계를 유도한다. 이는 단일 또는 이중 거듭제곱 법칙으로 맞추어진다. 연구는 능동성 간의 관계를 유도하고, 관측된 은하 질량 함수와 능동성 대 능동성 비율을 조합하여 일관된 HI 및 H₂ 질량 함수를 유도하며, 대규모 조사 결과와 비교하여 검증한다.

ABSTRACT

We compile and carrefully homogenize local galaxy samples with available information on stellar, $\ m HI$ and/or $\ m H_{2}$ masses, and morphology. After processing the information on upper limits in the case of non gas detections, we determine the $\ m HI$- and $\ m H_{2}$-to-stellar mass relations and their $1\\sigma$ scatter for both late- and early-type galaxies. The obtained relations are fitted to single or double power laws. Late-type galaxies are significantly gas richer than early-type ones, specially at high masses. The respective $\ m H_{2}$-to-$\ m HI$ mass ratios as a function of $M_{\\ast}$ are discussed. Further, we constrain the full mass-dependent distribution functions of the $\ m HI$- and $\ m H_{2}$-to-stellar mass ratios. We find that they can be described by a Schechter function for late types and a (broken) Schechter + uniform function for early types. By using the observed galaxy stellar mass function and the volume-complete late-to-early-type galaxy ratio as a function of $M_{\\ast}$, these empirical distribution functions are mapped into $\ m HI$ and $\ m H_{2}$ mass functions. The obtained mass functions are consistent with those inferred from large surveys. The empirical gas-to-stellar mass relations and their distributions for local late- and early-type galaxies presented here can be used to constrain models and simulations of galaxy evolution.

연구 동기 및 목표

• 모든 능동성과 능동성 간의 관계를 확립하기 위해 편집된 일관된 데이터 세트를 사용하여 국지 능동성과 능동성 간의 안정적이고 통합된 HI- 및 H₂-은하 질량 관계를 수립한다.
• 가스 질량 비검출의 상한선을 고려하여 유도된 상관관계에서 편향을 방지한다.
• 가스-은하 질량 비율의 전체 분포 함수를 Schechter 또는 깨진 Schechter + 균일 함수로 모델링한다.
• 경험적 가스 질량 비율과 은하 질량 함수를 자료에 따라 일관된 HI 및 H₂ 질량 함수로 매핑한다.
• 유도된 질량 함수를 독립적인 대규모 조사 측정치와 비교하여 검증한다.

제안 방법

• 은하 질량 측정치를 포함한 다파장 은하 샘플을 편집하고 통일하여 Chabrier (2003) 초기 질량 함수에 맞춘다.
• 생존 분석 기법을 사용하여 비검출의 상한선을 처리하기 위해 통계적 보정을 적용한다.
• 가스 함량의 질량 의존성을 포착하기 위해 HI- 및 H₂-은하 질량 관계를 단일 또는 이중 거듭제곱 법칙으로 맞춘다.
• 가스-은하 질량 비율의 전체 분포를 능동성의 경우 Schechter 함수, 능동성의 경우 깨진 Schechter + 균일 함수로 모델링한다.
• 관측된 은하 질량 함수(Barberi 등 2013년 및 Baldry 등 2012년)와 능동성 대 능동성 비율을 조합하여 HI 및 H₂ 질량 함수를 예측한다.
• 유도된 질량 함수를 대규모 조사에서의 독립적인 관측 추정치와 비교하여 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 능동성과 능동성 간의 HI 및 H₂-은하 질량 비율은 은하 질량에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ2 각 은하 유형의 HI 및 H₂-은하 질량 관계에서의 내재 산란은 무엇인가?
• RQ3 능동성과 능동성 간의 가스-은하 질량 비율 전체 분포 함수는 어떻게 다를까?
• RQ4 관측된 은하 질량 함수와 은하 유형 비율이 관측된 HI 및 H₂ 질량 함수를 재현할 수 있는가?
• RQ5 유도된 가스 질량 함수는 대규모 조사에서 유추된 것과 일관하는가?

주요 결과

• 특히 고질량에서 능동성은 능동성보다 현저히 가스가 풍부하며, HI-은하 질량 비율은 질량이 증가함에 따라 증가한다.
• 낮은 질량에서 능동성의 H₂-비율은 약 ~0.1로 거의 일정하지만 고질량에서 증가하여 분자 성분 비율이 증가함을 나타낸다.
• 능동성의 HI-은하 질량 비율 분포는 Schechter 함수로 잘 설명되지만, 능동성의 경우 깨진 Schechter + 균일 함수가 필요하다.
• 관측된 은하 질량 함수와 능동성 대 능동성 비율을 조합하여 유도된 HI 및 H₂ 질량 함수는 대규모 조사에서 유추된 것과 일관된다.
• HI-은하 질량 관계의 내재 산란은 약 ~0.14 dex로 추정되며, H₂-은하 질량 관계는 약 ~0.34 dex로 추정되며, 이는 분자 가스 측정의 더 높은 관측 불확실성을 반영한다.
• Chabrier (2003) IMF로 통일한 후, Bernardi 등 (2013)과 Baldry 등 (2012)의 은하 질량 함수를 조합하였으며, 후자는 BC03 모델에 맞추어 -0.12 dex로 보정되었다.