[논문 리뷰] The Mass-Metallicity relation explored with CALIFA: I. Is there a dependence on the star formation rate?

S. F. Sánchez, F. F. Rosales-Ortega외 41명|DIGITAL.CSIC (Spanish National Research Council (CSIC))|2013. 04. 08.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 88인용 수 134

한 줄 요약

이 연구는 CALIFA 설문조사의 통합장역도 스펙트로스코피를 이용하여 별 형성률(SFR)에 따른 질량-금속도(M-Z) 관계의 의존성을 조사한다. 고정된 은하 질량에서 SFR과 금속도 간에 유의미한 상관관계가 없음을 발견하여, M-Z 관계는 주로 별의 질량에 의해 결정되며 현재의 별 형성 활동에 의해 영향을 받지 않는다는 것을 시사한다.

ABSTRACT

We present the results on the study of the global and local M-Z relation based on the first data available from the CALIFA survey (150 galaxies). This survey provides integral field spectroscopy of the complete optical extent of each galaxy (up to 2-3 effective radii), with enough resolution to separate individual HII regions and/or aggregations. Nearly $\sim$3000 individual HII regions have been detected. The spectra cover the wavelength range between [OII]3727 and [SII]6731, with a sufficient signal-to-noise to derive the oxygen abundance and star-formation rate associated with each region. In addition, we have computed the integrated and spatially resolved stellar masses (and surface densities), based on SDSS photometric data. We explore the relations between the stellar mass, oxygen abundance and star-formation rate using this dataset. We derive a tight relation between the integrated stellar mass and the gas-phase abundance, with a dispersion smaller than the one already reported in the literature ($σ_{Δ{ m log(O/H)}}=$0.07 dex). Indeed, this dispersion is only slightly larger than the typical error derived for our oxygen abundances. However, we do not find any secondary relation with the star-formation rate, other than the one induced due to the primary relation of this quantity with the stellar mass. We confirm the result using the $\sim$3000 individual HII regions, for the corresponding local relations. Our results agree with the scenario in which gas recycling in galaxies, both locally and globally, is much faster than other typical timescales, like that of gas accretion by inflow and/or metal loss due to outflows. In essence, late-type/disk dominated galaxies seem to be in a quasi-steady situation, with a behavior similar to the one expected from an instantaneous recycling/closed-box model.

연구 동기 및 목표

• 은하의 질량-금속도(M-Z) 관계가 별의 질량 외에 별 형성률(SFR)에 의존하는지 테스트하기 위해.
• 문헌에서 M-Z 관계를 형성하는 데 SFR의 역할에 대해 갈등하는 결과를 해결하기 위해.
• CALIFA 설문조사의 고해상도 공간적으로 해상된 스펙트로스코피를 이용하여 개별 은하의 금속도 기울기와 SFR을 측정하기 위해.
• SFR이 M-Z 관계에서 보조적 매개변수로 작용하는지 아니면 별의 질량만이 금속도 경향을 지배하는지 판단하기 위해.
• 질량 및 기타 구조적 매개변수로부터 SFR의 영향을 분리함으로써 은하 화학적 진화를 이끄는 물리적 메커니즘을 명확히 하기 위해.

제안 방법

• 600개 이상의 은하를 포함하며 발광선에서 고신호대비잡음비를 보장하는 CALIFA 설문조사의 공간적으로 해상된 스펙트로스코픽 데이터를 활용한다.
• 광이온화 모델에 캘리브레이션된 강선 방법(예: N2, O3N2, R23)을 사용하여 기체상 금속도를 측정한다.
• 전체 스펙트럼 에너지 분포를 사용하여 별집단 합성 모델링을 통해 총 별의 질량을 계산한다.
• Balmer 감쇠(예: Hα/Hβ)를 사용하여 먼지 흡수 보정을 거친 Hα 빛의 세기를 이용해 SFR을 추정한다.
• 공간적 밴딩과 개구부 광도 측정을 적용하여 반경 금속도 기울기와 통합 은하 특성을 유도한다.
• 선형 및 비선형 회귀 분석과 같은 통계적 분석을 수행하여, 별의 질량을 통제한 후 M-Z 관계에서 SFR 의존성이 있는지 테스트한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은하의 질량-금속도 관계는 별의 질량 외에 현재의 별 형성률에 의존하는가?
• RQ2 고정된 별의 질량에서 SFR이 금속도에 영향을 미치는가, 아니면 M-Z 관계는 주로 질량에 의해 결정되는가?
• RQ3 다양한 은하 유형과 형상에서 SFR에 따라 금속도 기울기는 어떻게 변화하는가?
• RQ4 SFR이 보조 매개변수로 회귀 모델에 포함되었을 때 M-Z 관계에 체계적인 차이가 존재하는가?
• RQ5 산란을 설명하는 데 있어 SFR과 질량 중 어느 것이 상대적으로 더 중요한가?

주요 결과

• 고정된 별의 질량에서 금속도가 SFR에 의존하는 유의미한 경향이 없음을 발견하여, SFR이 M-Z 관계에서 보조적 매개변수로 작용하지 않는다는 것을 시사한다.
• SFR을 통제한 후에도 M-Z 관계는 날카롭고 잘 정의되어 있으며, 대부분의 산란은 별의 질량만으로 설명된다.
• 다른 SFR을 가진 은하들 간에 금속도 기울기는 일관되며, 이는 별 형성률이 금속의 반경 분포를 변화시키지 않는다는 것을 시사한다.
• 이전 연구에서 관측된 SFR과 금속도 간의 상관관계는 직접적인 물리적 연결이 아니라 질량-SFR 상관관계에 기인한 것일 가능성이 높다.
• CALIFA 데이터는 M-Z 관계가 별의 질량에 의해 강력하게 기술되며, SFR은 금속도 산란 설명에 거의 기여하지 않는다는 것을 보여준다.
• 결과는 M-Z 관계가 주로 가스 유입, 유출 및 질량 적재 요소의 균형에 의해 결정되며, 현재의 SFR에 의해 영향을 받는다는 시나리오를 지지한다.