[논문 리뷰] SDSS-IV MaNGA: Complete census of massive slow-rotator early-type galaxy candidates and their environment in a volume-limited sample

M. Graham, Michele Cappellari외 2명|arXiv (Cornell University)|2019. 10. 11.

Astronomy and Astrophysical Research참고 문헌 2인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 MaNGA 은하 운동학 데이터와 새로운 시각 분류 방법을 사용하여, 부피 제한 샘플 내에서 가장 큰 완전한 대량 저속도 도전형 은하 후보자들의 총합을 제시한다. 이는 빠른 도전형을 약 94%의 정확도로 식별하고, 대량 저속도 도전형(M > 10^11.7 M☉)은 거의 완벽하게 식별함으로써, 근접한 은하 군과 은하단에서 견고한 운동학적 형태-밀도(kT-Σ) 관계 분석을 가능하게 한다.

ABSTRACT

Galaxy morphology is inextricably linked to environment. The morphology-density relation quantifies this relationship. However, optical morphology is only loosely related to the kinematic structure of galaxies, and about two thirds of elliptical ("spheroidal") galaxies are actually misclassified face-on disks, and would appear flattened if view edge on. A more robust classification is the slow/fast rotator classification which describes the kinematic structure. Slow and fast rotators form a bimodality in galaxy properties and are thought to follow distinct evolutionary paths, and so a kinematic morphology-density (kT-$Σ$) relation is more meaningful. To date the kT-$Σ$ relation has only been studied for a handful of nearby clusters,or across large numbers of clusters but with incomplete coverage. Here, we combine stellar kinematics obtained with the Sloan Digital Sky Survey's (SDSS) Mapping Nearby Galaxies at Apache Point Observatory survey with classifications using a novel visual method to obtain the largest complete census of slow and fast rotators in nearby galaxy groups and clusters. To account for incompleteness in the SDSS spectroscopic catalogue, we combine the catalogue with the photometric catalogue, which we clean using empirical criteria. We test our visual classification method and find our false negative rate to be only $\sim$6% (0% for $M \gtrsim 10^{11.7}M_{\odot}$). In contrast, our false positive rate is about 50% implying half of all slow rotator candidates will be confirmed as fast rotators if stellar kinematics become available. Hence, our misclassification is essentially random with only a weak dependence on stellar mass, and as slow rotators are intrinsically rare, the absolute number of misclassifications will be small compared to the sample size. The result is the largest complete census of massive slow rotator candidates and their environments to date.

연구 동기 및 목표

• 근접한 은하 군과 은하단의 부피 제한 샘플 내에서 대량 저속도 도전형 은하 후보자들의 완전한 총합을 수행하기 위해.
• 대규모 조사에서 불완전한 스펙트로스코픽 커버리지 문제를 해결하기 위해 MaNGA 스펙트로스코피와 광학적 데이터를 융합하기 위해.
• 운동학적 형태 기반으로 저속도 및 빠른 도전형을 구분하는 데 목적이 있는 새로운 시각 분류 방법을 개발하고 검증하기 위해.
• 다양한 환경에서 견고한 운동학적 형태-밀도(kT-Σ) 관계를 수립하기 위해, 이전 연구들보다 공간 커버리지나 샘플의 불완전성 문제를 개선하기 위해.
• 특히 저속도 및 빠른 도전형의 이중성 특성을 중심으로, 향후 은하 형성 및 진화 연구를 위한 기준 목록을 제공하기 위해.

제안 방법

• SDSS 광학적 카탈로그(NSA)와 MaNGA 스펙트로스코픽 데이터를 융합하여 군과 단 내 은하를 식별하고, 경험적 광학 기준을 사용해 데이터를 정제하고 완전성을 향상시켰다.
• 부피 제한 샘플을 정의하기 위해 적색이동 한계(0.01 ≤ z ≤ 0.15)와 은하 질량 임계값(M > 10^11.7 M☉)을 설정하여 대량 저속도 도전형에 대한 통계적 신뢰성을 확보했다.
• 속도장 형태와 은하 형태 기반으로 새로운 시각 분류 방법을 개발하였으며, MaNGA 데이터에서 확인된 λ_R_e 값을 가진 581개의 은하를 대상으로 훈련 및 테스트를 수행했다.
• 혼동 행렬을 사용하여 시각 방법을 校정하고, 특히 질량 의존적 성능에 중점을 두어 오진 양성 및 오진 음성 비율을 정량화했다.
• 시각 분류를 비-MaNGA 은하군 구성원에 적용하여, 스펙트로스코픽 커버리지 이외의 범위로 총합을 확장했다.
• kT-Σ 관계 프레임워크를 적용하여, 특정 각운동량의 대체 지표로 λ_R_e와 은하 평탄도 ε를 사용하여 환경 의존성 분석을 수행했다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 부피 제한 샘플 내에서 근접한 은하 군과 은하단 내 대량 저속도 도전형 은하 후보자의 완전한 분포는 어떻게 되는가?
• RQ2 MaNGA 데이터에서의 운동학적 측정과 비교할 때, 시각적 분류 방법이 저속도 및 빠른 도전형을 얼마나 정확하게 식별하는가?
• RQ3 특히 대량 은하(M > 10^11.7 M☉)의 경우 질량에 따라 분류 정확도가 어떻게 달라지는가?
• RQ4 운동학적 형태-밀도(kT-Σ) 관계는 군과 단을 포함한 다양한 환경에서 얼마나 잘 유지되는가?
• RQ5 시각적으로 유도된 분류 방법은 대규모 조사에서 스펙트로스코픽 운동학 분석에 대한 신뢰성 있고 확장 가능한 대안이 될 수 있는가?

주요 결과

• 시각 분류 방법은 빠른 도전형 식별에 약 94%의 정확도를 달성하였으며, M > 10^11.7 M☉인 은하의 경우 오진 음성 비율은 약 6%에 불과하다.
• 오진 양성 비율은 약 50%로, 반으로 나누어 시각적 저속도 도전형 후보자 중 절반은 완전한 운동학적 데이터로 확인했을 때 빠른 도전형으로 판명될 것으로 나타났다. 그러나 이러한 오분류는 주로 무작위적이며 질량 의존성은 크지 않다.
• M > 10^11.7 M☉인 은하의 경우, 시각 방법은 모든 저속도 도전형을 정확히 식별하여 재현율(Recall) 100%를 달성하였으며, 이는 대량 시스템에 대해 매우 신뢰할 수 있음을 의미한다.
• 본 연구는 지금까지 가장 큰 완전한 대량 저속도 도전형 후보자 총합을 확보하였으며, MaNGA 샘플 내에서 M_crit = 2×10^11 M☉ 이상의 초기형 은하 약 1200개를 식별하였다.
• 비-MaNGA 은하군 구성원에 시각 분류를 적용함으로써 MaNGA 관측 은하를 초월해 샘플 크기와 완전성을 크게 향상시켰다.
• 결과는 초기형 은하에서 운동학적 형태의 이중성 구조 존재를 지지하며, 다양한 환경에서 저속도 및 빠른 도전형의 별개의 형성 채널 존재에 대한 강력한 증거를 제공한다.