[論文レビュー] 3D spectroscopy with VLT/GIRAFFE: I- the true Tully Fisher relationship at z~0.6

H. Flores, F. Hammer+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 21, 2006

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 98

ひとこと要約

本研究では、VLT/GIRAFFEを用いた3次元積分場分光法を用いて、z ~ 0.6におけるTully-Fisher関係を測定し、その結果、回転円盤とみなせる銀河は全銀河の35%にとどまることを明らかにした。以前のスリット分光法研究で報告されたTully-Fisher関係の見かけ上の進化は、65%の銀河に見られる運動学的摂動に起因しており、宇宙論的進化とは無関係である。真のTully-Fisher関係は、安定した円盤に限定した場合、傾き、ゼロ点、分散のいずれに対しても進化を示さないことが判明した。

ABSTRACT

A precise derivation of the evolution of the Tully Fisher is crucial to understand the interplay between dark matter and baryonic matter in cosmological models, Using 15 deployable integral field units of FLAMES/GIRAFFE at VLT, we have recovered the velocity fields of 35 galaxies at intermediate redshift (0.4 < z < 0.75). This facility is able to recover the velocity fields of almost all the emission line galaxies with Iab <=22.5 and W_0(OII)>=15A In our sample, we find only 35% rotating disks. These rotating disks produce a Tully-Fisher relationship (stellar mass or M_K versus V_max) which has apparently not evolved in slope, zero point and scatter since z=0.6. The only evolution found is a brightening of the B band luminosity of a third of the disks, possibly due to an enhancement of the star formation. The very large scatters found in previously reported Tully-Fisher relationships at moderate redshifts are caused by the numerous (65%) galaxies with perturbed or complex kinematics. Those galaxies include minor or major mergers, merger remnants and/or inflow/outflows and their kinematics can be easily misidentified by slit spectroscopy. Their presence suggests a strong evolution in the dynamical properties of galaxies during the last 7 Gyrs.

研究の動機と目的

• 中間赤方偏移（z ~ 0.6）におけるTully-Fisher関係の進化に関する矛盾する結果を解消するため、3次元分光法を用いて銀河の運動学的性質を正確に測定すること。
• 以前のスリット分光法研究が示唆するように、z ~ 0.6以降にTully-Fisher関係（明るさまたは質量と回転速度の関係）が進化したかどうかを特定すること。
• 中程度の赤方偏移で観測された過去のTully-Fisher関係に見られる大きな分散の原因を特定すること。特に、それは機器的制限に起因するのか、それとも銀河の固有の運動学的複雑性に起因するのかを明らかにすること。
• 高赤方偏移銀河の力学的状態を評価し、従来のスリットベースの測定に混入する非回転または摂動を受けた系の割合を定量化すること。

提案手法

• VLTのFLAMES/GIRAFFE装置に内蔵された15個の展開可能積分場ユニット（IFU）を用いて3次元分光法を実施し、空間分解能を有する速度場および速度分散マップの作成を可能にした。
• 検出可能な発光線と十分な信号対雑音比を確保するため、I_AB ≤ 22.5およびW₀(OII) ≥ 15 Åを満たす銀河を選別した。
• 3次元データキューブから速度場およびσマップを再構築し、銀河を運動学的分類（回転円盤、摂動を受ける回転、複雑またはランダムな運動）に分類した。
• 視覚的検査と構造的基準（速度分散のピークのずれ、光学的軸と運動学的軸の整合性）を用いて銀河の運動学的状態を分類した。
• 安定した円盤的運動学的性質を示す銀河に限定して、星形成質量およびKバンド絶対等級（M_K）を最大回転速度（V_max）の関数として再構築したTully-Fisher関係を構築した。
• 統計的分析では、摂動を受ける運動学的状態（例：合体、流入、噴出）の銀河を除外し、力学的非平衡状態の影響を除いた真のTully-Fisher関係を特定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 3次元分光法を用いた測定において、z ~ 0.6から現在の宇宙へのTully-Fisher関係の傾き、ゼロ点、分散に進化が認められるか？
• RQ2 中程度の赤方偏移で観測されたTully-Fisher関係に見られる大きな分散の原因は何か？機器的制限か、それとも固有の運動学的複雑性か？
• RQ3 高赤方偏移銀河（z ~ 0.6）のうち、力学的平衡にある回転円盤はどの程度の割合を占めているか？また、それらの運動学的性質は現在の銀河とどのように異なるか？
• RQ4 合体、流入、または噴出が回転曲線を歪め、スリット分光法に基づく研究で誤分類を引き起こす程度はどの程度か？
• RQ5 星形成質量またはKバンドの明るさを用いたTully-Fisher関係は、z ~ 0.6からz = 0にかけて、安定した回転円盤に限定した場合に変化しないか？

主な発見

• z ~ 0.6で観測された35個の銀河のうち、わずか35%しか回転円盤としての力学的平衡状態にないことが判明し、残りの65%は摂動または複雑な運動学的性質を示している。
• 過去のTully-Fisher関係に見られる大きな分散は、主に運動学的に摂動を受けた銀河による汚染に起因しており、宇宙論的進化とは無関係である。
• 回転円盤に限定した場合、星形成質量およびM_K等級の両方において、z ~ 0.6のTully-Fisher関係は、現在の関係と比較して傾き、ゼロ点、分散のいずれに対しても進化を示さない。
• z ~ 0.6における回転円盤のBバンド明るさは、z = 0のものと比較して平均して0.3 mag明るく、星形成活動が約1/3増加していることを示唆している。
• 構造が凝縮しており、星形成質量が小さい銀河は、流入・噴出を含む複雑な運動学的性質を示す傾向が強く、回転運動を上回ることがある。
• z ~ 0.6における非回転または力学的非平衡状態の銀河の割合は、MB < -19.5の銀河で36%に達し、現在の宇宙と比較して顕著に高いことが判明し、過去70億年間にわたり強い力学的進化が起きたことが示唆された。