[論文レビュー] The dependence of the gradients of oxygen and nitrogen-to-oxygen on stellar age in MaNGA galaxies

I. A. Zinchenko, J. M. Vı́lchez+4 more|arXiv (Cornell University)|Sep 2, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 96被引用数 14

ひとこと要約

本研究では、2つの強線法（経験的RキャリブレーションとベイジアンHII-CHI-mistry（HCm）コード）を用いて、1,431個のMaNGA銀河における酸素（O/H）および窒素対酸素（N/O）の濃度勾配を分析した。両勾配ともに、中程度質量銀河（log(M/M⊙) ≈ 10）で最も急で、高・低質量系では平坦化し、D(4000)インデックスを用いた星の平均年齢との相関から、特に低質量銀河において金属量勾配が時間とともに進化していることが示された。

ABSTRACT

We derive the oxygen abundance (O/H), the nitrogen-to-oxygen (N/O) abundance ratio, and their corresponding radial gradients for a sample of 1431 galaxies from MaNGA DR15 survey using two different realizations of the strong line method: empirical R calibration and the Bayesian model-based {\sc HII-CHI-mistry} ({\sc HCm}) code. We find that both abundance calculation methods reveal a correlation between the O/H gradient and the stellar mass of a galaxy. This relation is non-linear, with the steepest average gradients in the intermediate mass range and flatter average gradients for high- and low-mass galaxies. The relation between the N/O gradient and the stellar mass is, on average, non-linear with the steepest gradients in the intermediate mass range ($\log(M/M_\sun) \sim 10$), flatter gradients for high-mass galaxies, and the flattest gradients for low-mass galaxies. However, the general trend of steepening N/O gradient for higher masses, reported in previous studies, remains evident. We find a dependence between the O/H and N/O gradients and the galaxy mean stellar age traced by the $D$(4000) index. For galaxies of lower masses, both gradients are, generally, steeper for intermediate values of $D$(4000) and flatter for low and high values of $D$(4000). Only the most massive galaxies do not show this correlation. We interpret this behaviour as an evolution of the metallicity gradients with the age of stellar population. Though the galaxies with a positive slope of the $D$(4000) radial gradient tend to have a flatter O/H and N/O gradients, as compared to those with a negative $D$(4000) gradient.

研究の動機と目的

• 近傍銀河における酸素および窒素対酸素の濃度勾配が星の平均年齢にどのように依存するかを調査すること。
• 2つの独立した濃度キャリブレーション手法を用いて、銀河の星の質量に応じた半径方向金属量勾配の変化を検討すること。
• 金属量勾配とD(4000)インデックス（平均星族年齢の代理指標）との関連を明らかにすること。
• 経験的RキャリブレーションとモデルベースのベイジアンHCm手法の結果を比較し、妥当性と一貫性を検証すること。
• ディスク銀河における異なる質量および年齢領域における金属量勾配の進化的傾向を理解すること。

提案手法

• MaNGA DR15データを用い、1,431個の銀河の空間分解スペクトロスコピーを含む。
• 各スパキシルごとにスターライトコードを適用し、星の連続スペクトルをフィット・減算し、純粋な発光線スペクトルを分離した。
• モンテカルロ法による初期パrameterサンプリングを伴うELF3Dコードを用い、ガウス関数を用いた発光線フラックスの頑健なフィッティングを実施した。
• O/HおよびN/O濃度を2つの手法で計算した：経験的Rキャリブレーション（Pilyugin & Grebel, 2016）およびベイジアンHII-CHI-mistry（HCm）コード（Pérez-Montero, 2014）。
• 有効半径（Re）で正規化した半径勾配を、半径ビン内の中央値に線形傾向をフィットすることで算出した。
• 平均星族年齢の代理指標としてD(4000)インデックスを用い、質量および半径プロファイルにわたる勾配勾配との相関を分析した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 O/HおよびN/O濃度勾配はどのように銀河の星の質量に依存し、その関係は非線形的か？
• RQ2 D(4000)インデックスを用いた平均星族年齢のトレーサーとしてのO/HおよびN/O勾配の依存性は何か？
• RQ3 経験的RキャリブレーションとモデルベースのHCm手法の間で、観測された勾配傾向に差異はあるか？
• RQ4 質量の大きな銀河（log(M/M⊙) > 10.25）では、なぜ勾配勾配と星の年齢の間で有意な相関が見られないのか？
• RQ5 D(4000)インデックスの半径勾配（星の年齢）は、O/HおよびN/O勾配にどのように影響するか？

主な発見

• RキャリブレーションおよびHCm手法の両方とも、O/H勾配が負であり、中央値はそれぞれ−0.06 dex/Reおよび−0.03 dex/Reであった。
• N/O勾配も負であり、中央値はRキャリブレーションで−0.12 dex/Re、HCmで−0.18 dex/Reであった。これは先行研究と整合的であった。
• O/H勾配は星の質量に対して非線形的依存性を示し、log(M/M⊙) ≈ 10.0で最も急な平均勾配を示し、高・低質量系では平坦化した。
• N/O勾配も非線形的質量依存性を示し、中程度質量範囲（log(M/M⊙) ≈ 10）で最も急で、高質量銀河では平坦、低質量銀河では最も平坦だった。
• 低質量銀河では、中程度のD(4000)値でO/HおよびN/O勾配が急で、低・高D(4000)値では平坦で、星族年齢に伴う勾配の進化を示した。
• D(4000)の半径勾配が正（外縁部が年老いている）である銀河は、負（外縁部が若々しい）の銀河と比較して、O/HおよびN/O勾配が平坦だった。