[논문 리뷰] Velocity Dispersions and Stellar Populations of the Most Compact and Massive Early-Type Galaxies at Redshift ~1

Martinez-Manso, Jesus, Guzman, Rafael외 10명|arXiv (Cornell University)|2011. 07. 22.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 27

한 줄 요약

이 연구는 z ≈ 1에서 관측된 네 개의 밀도가 높고 질량이 큰 초기형은하에 대해 OSIRIS 분광법을 이용해 속도 분산(σ = 156–236 km s⁻¹)을 제시하며, 이들의 동역학적 질량이 BRIJK 광도 측정을 통한 광학적 별질량보다 약 6배 작다는 것을 발견한다. 저자들은 수축성 빛의 감쇠와 소규모 간섭에 의한 크기 성장을 통해 이러한 은하들이 국소 초기형은하로 진화할 수 있음을 보여주며, 고적색편이에서의 밀집도와 저적색편에서의 크기-질량 성질 간의 모순을 해소한다.

ABSTRACT

We present Gran-Telescopio-Canarias/OSIRIS optical spectra of 4 of the most compact and massive early-type galaxies in the Groth Strip Survey at redshift z~1, with effective radii Reff=0.5-2.4 kpc and photometric stellar masses Mstar=1.2-4x10^11 Msun. We find these galaxies have velocity dispersions sigma=156-236 km/s. The spectra are well fitted by single stellar population models with approximately 1 Gyr of age and solar metallicity. We find that: i) the dynamical masses of these galaxies are systematically smaller by a factor of ~6 than the published stellar masses using BRIJK photometry; ii) when estimating stellar masses as 0.7xMdyn, a combination of passive luminosity fading with mass/size growth due to minor mergers can plausibly evolve our objects to match the properties of the local population of early-type galaxies.

연구 동기 및 목표

• z ≈ 1에서 가장 밀도가 높고 질량이 큰 초기형은하(ETG)의 속도 분산을 측정하여 그들의 동역학적 질량을 평가하는 것.
• 고적색편에서의 광학적 별질량과 동역학적 질량 간의 괴리 문제를 해결하는 것.
• 수축성 빛의 감쇠와 소규모 간섭에 의한 크기 성장이 국소 ETG 성질로의 진화를 설명할 수 있는지 테스트하는 것.

제안 방법

• 그란 테레스코피아 카나리아스/OSIRIS를 이용해 z ≈ 1에서의 네 개의 질량이 크고 밀도가 높은 초기형은하에 대해 장선형 광학 분광도를 확보하였다.
• 관측기 해상도와 대기 흡수를 보정하기 위해 별의 흡수선에서 속도 분산을 가우시안 피팅을 통해 측정하였다.
• 비틀림 정리( virial theorem )를 적용하여 관측된 속도 분산으로부터 관측기 해상도와 데이터 감소 효과를 고려한 동역학적 질량을 추정하였다.
• Chabrier IMF를 사용한 BRIJK 광도 측정과 RAINBOW SED 피팅을 통해 유도된 광학적 별질량과 동역학적 질량을 비교하였다.
• Bruzual & Charlot (2003)의 수축성 빛 감쇠 모델과 Naab 등 (2009)의 소규모 간섭 시뮬레이션을 사용하여 z = 0까지의 진화 경로를 모델링하였다.
• k보정을 사용해 관측된 성질을 국소 정지 기준으로 변환하였으며, AB magnitude 체계에 맞추기 위해 0.1 mag의 오프셋을 적용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고적색편에서의 밀집된 초기형은하의 광학적 별질량이 동역학적 질량보다 크게 초과되는 이유는 무엇인가?
• RQ2 수축성 빛 감쇠와 소규모 간섭에 의한 크기 성장이 z ≈ 1에서의 밀집된 질량이 큰 초기형은하가 국소 초기형은하로 진화하는 데 설명이 되는가?
• RQ3 속도 분산이 밀집된 고적색편 은하의 동역학적 질량과 진화 역사 제약에 있어 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 이 은하들의 구조적 및 운동학적 성질은 국소 질량-크기 관계와 기본 평면 관계와 어떻게 비교되는가?
• RQ5 광학적 질량과 동역학적 질량 간의 괴리는 별집단 모델링의 체계적 오차나 IMF 가정의 오차 때문인가?

주요 결과

• z ≈ 1에서의 네 개의 밀도가 높고 질량이 큰 초기형은하는 156에서 236 km s⁻¹ 사이의 속도 분산을 보이며, 일반적인 고적색편 초기형은하와 일치한다.
• 광학적 별질량이 BRIJK 광도 측정을 통해 유도된 것과 비교해 동역학적 질량이 약 6배 작게 나타난다.
• 스펙트럼의 별집단 모델링 결과, 단일 별집단 연령은 약 1 Gyr, 태양 금속도를 보이며 젊은 별집단을 나타낸다.
• 광학적 질량과 동역학적 질량 간의 괴리는 스펙트럼 범위, IMF, 흡수 모델의 변동으로 설명될 수 없으며, 원래 광학적 카탈로그에서 별질량이 체계적으로 과대평가된 것으로 나타난다.
• 어두운 물질과 별집단 진화를 고려해 별질량을 0.7 × Mdyn로 재계산할 경우, 수축성 감쇠와 소규모 간섭 성장을 통해 국소 질량-크기 관계와 기본 평면 관계에 일관되게 진화하는 것으로 나타났다.
• 수축성 빛 감쇠와 소규모 간섭의 병합 진화 시나리오는 관측된 고적색편에서의 밀집된 초기형은하에서 국소 초기형은하의 더 큰 크기와 낮은 밀도의 집단으로의 전환을 성공적으로 설명한다.