[논문 리뷰] The role of bars in quenching star formation from z = 3 to the present epoch. Halpha3: an Halpha imaging survey of HI selected galaxies from ALFALFA, VI

G. Gavazzi, G. Consolandi외 11명|arXiv (Cornell University)|2015. 05. 28.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 11인용 수 72

한 줄 요약

이 연구는 z = 3에서 현재까지 대질량 은하에서 은하의 바가 별 형성 억제에 미치는 역할을 조사한다. HI 선택 은하의 Hα3 설문조사에서 확보한 Hα 영상 자료를 바탕으로, 강력한 바가 질량 임계값 M_knee ∝ (1+z)² 이상에서 급격히 증가함을 발견하였으며, 수치 모델은 바가 중심 별 형성 억제를 빠르게 일으킬 수 있음을 확인하여 관측된 sSFR의 다운사이징 경향을 설명한다.

ABSTRACT

A growing body of evidence indicates that the star formation rate per unit stellar mass (sSFR) decreases with increasing mass in normal "main-sequence" star forming galaxies. Many processes have been advocated as responsible for such a trend (also known as mass quenching), e.g., feedback from active galactic nuclei (AGNs), and the formation of classical bulges. We determine a refined star formation versus stellar mass relation in the local Universe. To this aim we use the Halpha narrow-band imaging follow-up survey (Halpha3) of field galaxies selected from the HI Arecibo Legacy Fast ALFA Survey (ALFALFA) in the Coma and Local superclusters. By complementing this local determination with high-redshift measurements from the literature, we reconstruct the star formation history of main-sequence galaxies as a function of stellar mass from the present epoch up to z=3. In agreement with previous studies, our analysis shows that quenching mechanisms occur above a threshold stellar mass M_knee that evolves with redshift as propto (1+z)^{2}. Moreover, visual morphological classification of individual objects in our local sample reveals a sharp increase in the fraction of visually-classified strong bars with mass, hinting that strong bars may contribute to the observed downturn in the sSFR above M_knee. We test this hypothesis using a simple but physically-motivated numerical model for bar formation, finding that strong bars can rapidly quench star formation in the central few kpc of field galaxies. We conclude that strong bars contribute significantly to the red colors observed in the inner parts of massive galaxies, although additional mechanisms are likely required to quench the star formation in the outer regions of massive spiral galaxies. Intriguingly, when we extrapolate our model to higher redshifts, we successfully recover the observed redshift evolution for M_knee.

연구 동기 및 목표

• 깊은 Hα 영상 자료를 활용해 국지 주요 시퀀스 은하의 별 형성률 대 항성 질량 관계를 규명하기.
• M_knee 이상에서 별 형성이 억제되는 질량 임계값의 적색편이 진화를 조사하기.
• 대질량 은하에서 강력한 바의 비율 증가가 질량 억제에 기여하는지 테스트하기.
• 바가 중심 별 형성에 미치는 물리적 영향을 모델링하고 은하 진화에서의 역할 평가하기.
• 바 유도 억제와 허위부울지 또는 상자형/백색/백색 구조 부울지 형성 간의 연관성 탐색하기.

제안 방법

• ALFALFA 설문조사에서 선별한 HI 선택 은하에 대해 코마와 국지 초은하군 지역에서 Hα 협대역 영상 후속 관측 수행.
• 국지 Hα3 자료를 고적색편이 문헌 측정치와 융합하여 z = 3까지 주요 시퀀스 은하의 별 형성 역사 재구성.
• 은하의 시각적 형상 분류를 수행하여 항성 질량에 따른 강력한 바의 비율 정량화.
• 바 유도 가스 유입 및 중심 별 형성 억제를 시뮬레이션하는 물리적 기반 수치 모델 개발.
• 모델을 활용해 바 유도 억제가 적색편이에 따른 M_knee의 관측 진화를 재현할 수 있는지 테스트.
• 바의 역학적 진화, 바 자살 현상 및 허위부울지 또는 상자형/백색/백색 구조 형성 탐색.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 대질량 은하에서 강력한 바의 발생이 M_knee에서의 억제 시작과 상관관계가 있는가?
• RQ2 억제의 질량 임계값 M_knee는 우주 시간에 따라 어떻게 진화하는가? 바 형성이 이 진화를 설명할 수 있는가?
• RQ3 바 유도 가스 유입이 대질량 은하에서 관측된 특정 별 형성률(sSFR)의 다운사이징을 어느 정도 설명할 수 있는가?
• RQ4 바가 소멸한 후 남는 역학적 및 구조적 잔여물은 무엇이며, 관측된 부울지 형상과 어떻게 관련되는가?
• RQ5 바 유도 억제 모델은 추가적인 억제 메커니즘 없이도 관측된 M_knee의 적색편이 진화를 재현할 수 있는가?

주요 결과

• 국지 은하에서 시각적 분류에 의한 강력한 바 비율은 항성 질량 임계값 M_knee ≈ 10^9.5 M⊙ 이상에서 급격히 증가한다.
• 질량 임계값 M_knee는 적색편이에 따라 M_knee ∝ (1+z)^2로 진화하며, 이는 대질량 은하에서 sSFR 감소 관측과 일치한다.
• 수치 모델은 강력한 바가 필드 은하의 중심 몇 킬로파섹 내에서 별 형성을 빠르게 억제할 수 있음을 확인한다.
• 바 유도 억제는 대규모 은하의 내부 영역에서 빨간색을 설명하지만, 외부 영역은 추가적인 억제 메커니즘이 필요할 수 있다.
• 모델을 고적색편이로 외삽하면 관측된 M_knee의 진화를 성공적으로 재현하여 바의 질량 억제 역할을 뒷받침한다.
• 시각적으로 바가 없는 부울지가 있는 대질량 은하의 많은 경우 바 소멸 이후의 후기 진화 단계일 수 있으며, 허위부울지 또는 상자형/백색/백색 부울지는 잔여물로 남아 있을 수 있다.