[论文解读] Integral field spectroscopy with SINFONI of VVDS galaxies. I. Galaxy dynamics and mass assembly at 1.2 < z < 1.6

B. Épinat, T. Contini+7 more|arXiv (Cornell University)|Mar 6, 2009

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 79被引用 3

一句话总结

本研究利用甚大望远镜上的SINFONI近红外积分场光谱仪，对红移1.2 < z < 1.6的九个星系形成星系进行动力学分析，揭示该时期星系质量聚集涉及多种过程：主要并合（30%的系统）、动力学紊乱且速度弥散度高的星系（44%），以及旋转盘结构（22%）。结果支持一种情景：在宇宙恒星形成率的峰值时期，分层并合与持续的气体吸积共同驱动了大质量星系的快速恒星质量增长。

ABSTRACT

Context. Identifying the main processes of galaxy assembly at high redshifts is still a major issue to understand galaxy formation and evolution at early epochs in the history of the Universe. Aims. This work aims to provide a first insight into the dynamics and mass assembly of galaxies at redshifts 1.2<z<1.6, the early epoch just before the sharp decrease of the cosmic star formation rate. Methods. We use the near-infrared integral field spectrograph SINFONI on the ESO-VLT under 0.65 seeing to obtain spatially resolved spectroscopy on nine emission line galaxies with 1.2<z<1.6 from the VIMOS VLT Deep Survey. We derive the velocity fields and velocity dispersions on kpc scales using the Halpha emission line. Results. Out of the nine star-forming galaxies, we find that galaxies distribute in three groups: two galaxies can be well reproduced by a rotating disk, three systems can be classified as major mergers and four galaxies show disturbed dynamics and high velocity dispersion. We argue that there is evidence for hierarchical mass assembly from major merger, with most massive galaxies with M>10^11Msun subject to at least one major merger over a 3 Gyr period as well as for continuous accretion feeding strong star formation. Conclusions. These results point towards a galaxy formation and assembly scenario which involves several processes, possibly acting in parallel, with major mergers and continuous gas accretion playing a major role. Well controlled samples representative of the bulk of the galaxy population at this key cosmic time are necessary to make further progress.

研究动机与目标

• 调查1.2 < z < 1.6这一关键时期（宇宙恒星形成率开始下降之前）星系的动力学状态及其质量聚集机制。
• 确定主要并合、次要并合与非时序演化在塑造星系动力学与恒星质量增长中的相对作用。
• 评估气体吸积与内部不稳定性对高红移星系形成中高速度弥散度与盘结构的影响。
• 评估在此红移范围内主星系形成群体中活动星系核（AGN）活动的存在性及其影响。
• 建立一个具有代表性的、空间分辨的动力学样本，以支持宇宙恒星形成高峰期的星系形成模型。

提出的方法

• 利用欧洲南方天文台甚大望远镜上的SINFONI仪器，获取空间分辨的近红外积分场光谱，观测条件为0.65′′视宁度。
• 目标为来自甚大望远镜深空视巡天（VVDS）的九个发射线星系，红移范围为1.2 ≤ z ≤ 1.6。
• 基于Hα发射线，推导出千秒差距尺度上的二维速度场与速度弥散度。
• 将星系分类为动力学类型：旋转盘、主要并合与动力学紊乱且速度弥散度高的系统。
• 利用[N ii]/Hα与[S ii]/Hα线比图谱排除显著的AGN污染。
• 将观测到的动力学特征与旋转盘、并合残骸及气体吸积引发湍流的理论预期进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在1.2 < z < 1.6红移区间，星系形成星系的主导动力学状态（如旋转盘、并合残骸、湍流系统）是什么？
• RQ2 在该红移范围内，主要并合对大质量星系（M > 10^11 M⊙）的质量聚集贡献有多大？
• RQ3 高红移星系中高速度弥散度与内部不稳定性、次要并合或冷气体吸积之间有何关联？
• RQ4 在z ≈ 1.4的主星系形成群体中是否存在AGN活动的证据？其与恒星形成的相关性如何？
• RQ5 观测到的动力学特征能否由单一形成机制解释，还是需要多种过程（并合、吸积、非时序演化）共同作用？

主要发现

• 九个星系中有三个（33%）最符合旋转盘模型，表明在z ≈ 1.4时已存在稳定且大质量的盘状结构。
• 两个星系（22%）表现出主要并合的清晰动力学特征，包括紊乱的速度场与高红移弥散度。
• 四个星系（44%）表现出动力学紊乱与高红移弥散度（σ > 200 km/s），表明可能存在正在进行或近期发生的次要并合，或强烈的气体吸积。
• 观测到的近距离双星系并合率为30%，表明通过主要并合实现的分层质量聚集在此时期正在积极塑造大质量星系。
• 未发现显著的II型AGN证据，因为[N ii]/Hα与[S ii]/Hα比值与星系形成星系一致，且无中心过量。
• 结果表明，多种过程——主要并合、次要并合与持续的气体吸积——可能并行作用，驱动z ≈ 1.4时星系的质量聚集。