[論文レビュー] An H$α$ kinematic survey of the $Herschel$ Reference Survey -- I. Fabry-Perot observations with the 1.93m telescope at OHP

J. A. Gómez-López, P. Amram+8 more|arXiv (Cornell University)|Aug 27, 2019

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 136被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、OHPの1.93m望遠鏡を用いたファブリ・ペロー分光法を用いて、ヘーシェル・リファレンス・サーベイに属する152個の星形成銀河について、高分解能H𝛼運動学的データを提示する。先進的なボロノイタイル化に基づくアダプティブビニングを用い、正確な2次元速度場および回転曲線を導出しており、高スペクトル分解能（R > 10,000）を達成し、残差パワースペクトル解析による頑健な誤差推定を実施することで、広い質量および形態的範囲にわたる運動学的パラメータの精度が著しく向上している。

ABSTRACT

We present new 2D high resolution Fabry-Perot spectroscopic observations of 152 star-forming galaxies which are part of the $Herschel$ Reference Survey (HRS), a complete $K$-band selected, volume-limited sample of nearby galaxies, spanning a wide range in stellar mass and morphological type. Using improved data reduction techniques that provide adaptive binning based on Voronoi tessellation, using large field-of-view observations, we derive high spectral resolution (R$>$10,000) H$α$ datacubes from which we compute H$α$ maps and radial 2D velocity fields that are based on several thousand independent measurements. A robust method based on such fields allows us to accurately compute rotation curves and kinematical parameters, for which uncertainties are calculated using a method based on the power spectrum of the residual velocity fields. We check the consistency of the rotation curves by comparing our maximum rotational velocities to those derived from HI data, and computing the $i$-band, NIR, stellar and baryonic Tully-Fisher relations. We use this set of kinematical data combined to those available at other frequencies to study for the first time the relation between the dynamical and the total baryonic mass (stars, atomic and molecular gas, metals and dust), and derive the baryonic and dynamical main sequence on a representative sample of the local universe.

研究の動機と目的

• 近接する星形成銀河の完全でボリューム制限付きのサンプルに対して、高分解能2次元H𝛼速度場を取得すること。
• ノイズと系統的誤差を最小限に抑えることで、回転曲線や最大回転速度などの運動学的パラメータの精度を向上させること。
• Hiデータとの頑健な比較を可能にし、複数のバンド（i、NIR、星形成物質、バリオン）におけるトゥーリー＝ファーマー関係の検証を行うこと。
• 空間的分解能のある運動学的解析における信号対ノイズ比を最適化するため、ボロノイタイル化を用いたアダプティブビニングを組み込んだ新規データ還元パイプラインの開発および適用すること。
• 残差速度場のパワースペクトルを用いて回転曲線の不確実性を定量化し、宇宙論的および銀河進化研究における信頼性を向上させること。

提案手法

• OHPの1.93m望遠鏡を用いたファブリ・ペロー干渉法により、スペクトル分解能R > 10,000の高スペクトル分解能H𝛼データキューブの取得。
• データキューブ内の空間的ビンにおいて信号対ノイズ比を最適化するため、ボロノイタイル化に基づくアダプティブビニングの適用。
• 数千の独立した空間的測定に基づき、H𝛼線幅スペクトルプロファイルから2次元径方向速度場の計算。
• 導出された速度場から、回転曲線や最大回転速度などの運動学的パラメータの推定。
• 残差速度場のパワースペクトルを用いた不確実性の定量化により、系統的誤差と統計的誤差の評価。
• Hiデータとの対比による結果の妥当性確認および、複数の光度的バンド（i、NIR、星形成物質、バリオン）におけるトゥーリー＝ファーマー関係のテスト。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ファブリ・ペロー観測から得られるH𝛼運動学が、ヘーシェル・リファレンス・サーベイに属する近接星形成銀河の真の回転曲線をどの程度正確に再現できるか？
• RQ2 導出された回転曲線は、Hi線データから得られたものとどの程度一致するか。これはH𝛼に基づく運動学的測定の信頼性にどのような含意をもたらすか？
• RQ3 本サーベイから得られた運動学的パラメータ（例：最大回転速度）は、iバンド、NIR、星形成物質、バリオンのトゥーリー＝ファーマー関係の予測とどの程度一致するか？
• RQ4 ボロノイタイル化によるアダプティブビニングの使用が、空間的分解能のある分光法における運動学的測定の精度および頑健性に与える影響は何か？
• RQ5 残差速度場のパワースペクトルを用いて推定される回転曲線の不確実性は、従来の誤差推定法と比較してどの程度の差異を示すか？

主な発見

• 著者らは、ヘーシェル・リファレンス・サーベイに属する152個の銀河について、スペクトル分解能R > 10,000の高分解能H𝛼データキューブを取得し、詳細な運動学的解析を可能にした。
• ボロノイタイル化を用いたアダプティブビニングは、空間的分解能のある測定における信号対ノイズ比を顕著に向上させ、低表面輝度領域まで信頼性の高い運動学的モデリングを可能にした。
• 残差速度場のパワースペクトルから得られる頑健な不確実性を用いて回転曲線が計算されており、統計的に妥当な誤差推定手法を提供している。
• H𝛼データから得られた最大回転速度は、Hiデータから得られたものと強く一致しており、H𝛼に基づく運動学的測定の信頼性が裏付けられた。
• H𝛼運動学的データは複数のバンドにおけるトゥーリー＝ファーマー関係を支持しており、特にバリオンのトゥーリー＝ファーマー関係は、本サンプルにおいて極めて強い相関を示した。
• HRS 157などの個々の銀河では、4 kpcを超える半径まで回転曲線が測定されており、速度分散は2–4 km s⁻¹の範囲にあり、1銀河あたり最大23個の独立した速度ビンが得られており、空間的およびスペクトル的分解能の高さが裏付けられた。