[논문 리뷰] SDSS-IV MaNGA: New benchmark for the connection between stellar angular momentum and environment: a study of about 900 groups/clusters

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

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 10

한 줄 요약

이 연구는 SDSS-IV MaNGA 설문에서의 적분장 스펙트로스코피를 사용하여 z ≤ 0.08에서 약 900개의 은하 군집에서 별의 각운동량을 분석한다. 연구는 기존의 운동학적 형태-밀도 관계—즉, 질량이 큰 느린 회전 은하의 비율이 국소적 수밀도와 함께 증가하는 현상—가 실제로 존재하며, 이는 절대 밀도가 아니라 군집 중심에 대한 상대적 밀도에 의해 결정됨을 보여주며, 동역학적 마찰가로만 설명할 수 없다는 점을 입증하고, 느린 회전 은하의 계층적 성장을 지지한다.

ABSTRACT

It has been observed that low redshift early-type galaxies can be separated into slow and fast rotators according to a proxy of specific stellar angular momentum, $\\lambda_{R_e}$. Detailed studies of a handful of nearby clusters have shown that slow rotators are generally found at the centres of clusters where the number density is highest, whereas the fast rotators trace the trend followed by early-type galaxies of increasing in number with local density. In this paper, we study the environmental distribution of slow and fast rotators using the stellar kinematics of about 3900 galaxies from the Sloan Digital Sky Survey's Mapping Nearby Galaxies at Apache Point Observatory survey. For galaxies in groups closer than $z=0.08$ that are not observed with MaNGA but satisfy the necessary conditions for slow rotators, we visually assign slow/fast rotator classifications to obtain a complete sample. Our final catalogue contains about 900 groups of five or more members. We observe the kinematic morphology-density (kT-$\\Sigma$) relation for each group and find an increasing fraction of massive slow rotators with increasing number density. We provide evidence suggesting that the observed lack of trends in angular momentum with environment at fixed stellar mass is partly because the maximum density varies between clusters, and that the locations of massive slow rotators are strongly correlated with peak densities in galaxy groups and clusters. We conclude that the (projected) number density relative to the cluster peak is more fundamental than the absolute number density in influencing the abundance of slow rotators. We find that the kT-$\\Sigma$ relation does exist at fixed stellar mass, and we rule out the hypothesis that the kT-$\\Sigma$ relation is a result of dynamical friction alone, instead arguing that massive slow rotators grow hierarchically in tandem with their host clusters.

연구 동기 및 목표

• 고정된 별의 질량에서 운동학적 형태-밀도 관계가 존재하는지 오랫동안 애매하게 여겨진 문제를 해결하기 위해.
• 은하 군집과 군집 내에서 느린 회전 은하와 빠른 회전 은하의 분포가 절대 밀도인지 상대 밀도인지에 의해 결정되는지 조사하기 위해.
• 동역학적 마찰가로만 중심부에 질량이 큰 느린 회전 은하가 집중되는 현상을 설명할 수 있는지 시험하기 위해.
• 약 900개의 군집/군집을 포함하는 큰 완전한 샘플을 사용하여 별의 각운동량과 환경 간의 관계를 기준으로 설정하기 위해.
• 계층적 구조 형성 시나리오에서 질량이 큰 느린 회전 은하의 진화 경로를 탐색하기 위해.

제안 방법

• MaNGA 설문에서 확보한 별 운동학 데이터를 활용하여 약 3,900개의 은하에 대해 $\lambda_{R_e}$를 계산함으로써 특정 별의 각운동량의 대체 지표를 도출함.
• 시각적 분류를 적용하여 군집에 5개 이상의 구성원이 있는 질량이 큰 비-MaNGA 은하($M \geq 2 \times 10^{11} M_\odot$, $\epsilon < 0.4$)의 느린 또는 빠른 회전 은하 상태를 할당함.
• 상대 수밀도($\Sigma^{\rm{rel}}$)를 각 군집 또는 군집 내에서의 투영 수밀도를 그 군집의 최대 밀도로 정규화하여 정의함.
• 환경 의존성을 평가하기 위해 네 개의 별 질량 밴드에 걸쳐 상대 수밀도($\Sigma^{\rm{rel}}$)에 따른 느린 회전 은하 비율(F(SR))을 분석함.
• 다양한 빈도(은하군의 헬로 질량의 대체 지표)를 가진 군집에서 느린 회전 은하와 빠른 회전 은하의 별 질량 분포를 비교하여 계층적 성장 모델을 시험함.
• 체적 가중 샘플링과 통계 분석을 사용하여 MaNGA 샘플에서 관찰된 경향성을 검증함으로써 선택 효과에도 불구하고 결과의 견고성을 확보함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은하 군집 내에서 상대 밀도를 고려할 때 고정된 별 질량에서 운동학적 형태-밀도 관계가 존재하는가?
• RQ2 군집 중심에 질량이 큰 느린 회전 은하가 집중되는 현상은 동역학적 마찰 때문인지, 계층적 구조 형성 때문인가?
• RQ3 상대 수밀도($\Sigma^{\rm{rel}}$)가 절대 수밀도에 비해 느린 회전 은하의 빈도를 예측하는 데 더 나은가?
• RQ4 은하군의 빈도가 증가함에 따라 질량이 큰 느린 회전 은하의 별 질량이 증가하는가? 이는 계층적 형성 시나리오를 지지하는가?
• RQ5 이전 연구들이 고정된 별 질량에서 각운동량과 환경 간의 관계를 탐지하지 못한 이유는 무엇인가?

주요 결과

• 질량이 큰 느린 회전 은하의 비율은 상대 수밀도($\Sigma^{\rm{rel}}$) 증가와 함께 유의미하게 증가하며, 이는 고정된 별 질량에서 강력한 운동학적 형태-밀도 관계가 존재함을 확인함.
• F(SR)와 $\Sigma^{\rm{rel}}$ 간의 관측된 경향은 통계적 오차 범위 내에서 평탄함을 떠남을 보여주며, 이는 느린 회전 은하의 집중이 동역학적 마찰가로만 설명될 수 없음을 배제함.
• 질량이 큰 느린 회전 은하의 별 질량은 군집의 빈도 증가와 함께 증가하며, 이는 느린 회전 은하가 주변 군집과 함께 성장하는 계층적 형성 모델을 지지함.
• 빠른 회전 은하는 군집 빈도 증가와 함께 질량이 유사하게 증가하지 않으며, 이는 중심부에서 융합되거나 진화할 가능성이 낮음을 시사함.
• 군집의 피크 밀도는 절대 수밀도보다 느린 회전 은하의 빈도를 결정하는 데 더 근본적인 매개변수임.
• 이 연구는 이전 연구에서 관찰된 경향성이 부족한 통계적 능력과 군집 간 최대 밀도의 다양성을 고려하지 못한 데 기인한다는 강력한 증거를 제공함.