[論文レビュー] Integral Field Spectroscopy based H\alpha\ sizes of local Luminous and Ultraluminous Infrared Galaxies. A Direct Comparison with high-z Massive Star Forming Galaxies

Santiago Arribas, L. Colina+6 more|arXiv (Cornell University)|Feb 29, 2012

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 81被引用数 26

ひとこと要約

本研究では、積分場分光法を用いて、局所の明るいおよび超明るい赤外銀河（U/LIRGs）と高赤方偏移の質量星形成銀河（SFGs）のHα線放出のサイズと表面密度を比較した。局所のU/LIRGsではHα領域がより多くコンパクト（59% 対 25%）であるが、両サンプルはL(Hα)–ΣHα平面上で類似した傾向を示し、局所のU/LIRGsの約20–40%しか表面密度が10倍以上高くならないため、Hαに基づく構造的性質は従来の他の tracer を用いた場合よりも類似していると考えられる。

ABSTRACT

Aims. We study the analogy between local U/LIRGs and high-z massive SFGs by comparing basic H{\alpha} structural characteristics, such as size, and luminosity (and SFR) surface density, in an homogeneous way (i.e. same tracer and size definition, similar physical scales). Methods. We use Integral Field Spectroscopy based H{\alpha} emission maps for a representative sample of 54 local U/LIRGs (66 galaxies). From this initial sample we select 26 objects with H{\alpha} luminosities (L(H{\alpha})) similar to those of massive (i.e. M\ast \sim 10^10 M\odot or larger) SFGs at z \sim 2, and observed on similar physical scales. Results. The sizes of the H{\alpha} emitting region in the sample of local U/LIRGs span a large range, with r1/2(H{\alpha}) from 0.2 to 7 kpc. However, about 2/3 of local U/LIRGs with Lir > 10^11.4 L\odot have compact H{\alpha} emission (i.e. r1/2 < 2 kpc). The comparison sample of local U/LIRGs also shows a higher fraction (59%) of objects with compact H{\alpha} emission than the high-z sample (25%). This gives further support to the idea that for this luminosity range the size of the star forming region is a distinctive factor between local and distant galaxies of similar SF rates. However, when using H{\alpha} as a tracer for both local and high-z samples, the differences are smaller than the ones recently reported using a variety of other tracers. Despite of the higher fraction of galaxies with compact H{\alpha} emission, a sizable group (\sim 1/3) of local U/LIRGs are large (i.e. r1/2 > 2 kpc). These are systems showing pre-coalescence merger activity and they are indistinguishable from the massive high-z SFGs galaxies in terms of their H{\alpha} sizes, and luminosity and SFR surface densities.

研究の動機と目的

• 局所のU/LIRGsと高赤方偏移の質量星形成銀河（SFGs）の構造的類似性を、一貫した手法的枠組みを用いて調査すること。
• 異なる tracer を用いた過去の研究で報告された、星形成領域のサイズや表面密度に大きな差があるという矛盾を解消すること。
• 局所銀河と高赤方偏移銀河の間の差が、本質的な物理的差異か、手法的バイアスや tracer 選択によるものかを特定すること。
• 物理的スケール、Hα放出の広がり、および輝度表面密度が、局所銀河と高赤方偏移銀河を区別する上で果たす役割を評価すること。
• Hαサイズと表面密度の観点から、どの局所U/LIRGsが高赤方偏移SFGsと構造的に区別できないかを特定すること。

提案手法

• INTEGRAL/WHT および VIMOS/VLT 計測器を用いて、66個の局所U/LIRGsの積分場分光法（IFS）データを取得した。
• Hα半光半径（r1/2）を2つの独立した手法（A/2 法と曲線成長法（CoG）法）を用いて算出し、両者とも機器の分解能を補正した。
• 赤方偏移 z ≈ 2 の高赤方偏移SFGsと同等のHα全放射輝度（L(Hα)）および物理的空間分解能を持つ、26個の局所U/LIRGsのサブサンプルを選定した。
• 同じ物理的スケールと同一の tracer（Hα）を用いて、局所サンプルと高赤方偏移サンプルの間でHαサイズおよび輝度表面密度（ΣHα）を比較した。
• 同じ領域からの星のPSF測定値を用いて、チルト減光および機器の点像関数（PSF）を補正した。
• 比較の際の手法的バイアスを最小限に抑えるために、一貫したサイズ定義（r1/2）と表面密度定義（ΣHα = L(Hα)/πr1/2²）を用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 同じ tracer（Hα）と一貫したサイズ定義を用いた場合、局所のU/LIRGsは高赤方偏移の質量SFGsと構造的に類似しているか？
• RQ2 局所U/LIRGsのうち、どの程度の割合がコンパクトなHα放出（r1/2 < 2 kpc）を示し、高赤方偏移サンプルと比較するとどうなるか？
• RQ3 局所U/LIRGsと高赤方偏移SFGsのL(Hα)–ΣHα関係はどのように比較されるか？ これは星形成プロセスに何を示唆するか？
• RQ4 どの局所U/LIRGsがHαサイズおよび表面密度の観点から高赤方偏移SFGsと区別できないか？
• RQ5 Hαに基づく構造的性質の差が、本質的な物理的差異か、手法的バイアスに起因するものであるか、その程度はどの程度か？

主な発見

• Lir > 10^11.4 L⊙ を満たす局所U/LIRGsの約2/3（66%）が、コンパクトなHα放出（r1/2 < 2 kpc）を示し、サイズは0.2 kpc から7 kpc の範囲にわたる。
• 局所U/LIRGsサンプルは高赤方偏移サンプル（25%）よりも高い割合（59%）でコンパクトなHα源を示しており、局所系では星形成がよりコンパクトに集中している傾向が強い。
• このコンパクト性の差にもかかわらず、L(Hα)–ΣHα平面上では、大多数の局所U/LIRGsと高赤方偏移SFGsが同様の傾向を示し、表面密度の動的範囲も類似している。
• 局所U/LIRGsのうちわずか20–40%しか、L(Hα)に対して予想される値の10倍以上のΣHα値を示さないが、これはL(TIR)–ΣTIR平面上で報告された1000倍の差よりも著しく小さい。
• 局所U/LIRGsの約1/3（r1/2 > 2 kpc のもの）は、Hαサイズおよび表面密度の観点から高赤方偏移SFGsと構造的に区別できないため、星形成構造において本質的に異なるものではないと考えられる。
• Hαを tracer として用いることで、TIRなどの他の tracer を用いた場合と比べて、局所銀河と高赤方偏移銀河の間の差が小さくなる。これは、過去に報告された差が tracer 依存のバイアスに起因する可能性があることを示唆している。