[논문 리뷰] Why do galaxies stop forming stars? I. The passive fraction - black hole mass relation for central galaxies

Asa F. L. Bluck, Sara L. Ellison외 6명|arXiv (Cornell University)|2014. 12. 12.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 3인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 SDSS에서 400,000개 이상의 중심은하를 분석하여 초거대 블랙홀 질량이 은하 억제를 이끄는지 테스트한다. 부두 질량과 속도 분산을 이용한 블랙홀 질량 추정치를 사용하여, 블랙홀 질량과 수면 분율 사이에 급격하고 날카러운 상관관계를 발견한다—은하 질량, 헬로 질량, 또는 부두비율보다도 더 강력한 상관관계를 보이며, AGN 피드백이 중심은하에서 주요 억제 메커니즘임을 직접적인 관측적 증거로 제공한다.

ABSTRACT

We derive the dependence of the fraction of passive central galaxies on the mass of their supermassive black holes for a sample of over 400,000 SDSS galaxies at z < 0.2. Our large sample contains galaxies in a wide range of environments, with stellar masses 8 < log(M*/Msun) < 12, spanning the entire morphological spectrum from pure disks to spheroids. We derive estimates for the black hole masses from measured central velocity dispersions and bulge masses, using a variety of published empirical relationships. We find a very strong dependence of the passive fraction on black hole mass, which is largely unaffected by the details of the black hole mass estimate. Moreover, the passive fraction relationship with black hole mass remains strong and tight even at fixed values of galaxy stellar mass (M*), dark matter halo mass (Mhalo), and bulge-to-total stellar mass ratio (B/T). Whereas, the passive fraction dependence on M*, Mhalo and B/T is weak at fixed MBH. These observations show that, for central galaxies, MBH is the strongest correlator with the passive fraction, consistent with quenching from AGN feedback.

연구 동기 및 목표

• 은하 질량, 헬로 질량, 또는 구조적 매개변수 외의 다른 은하 성질을 고려할 때, 블랙홀 질량이 중심은하에서 은하 억제의 주요 원인인지 테스트하기.
• 은하 질량이 큰 은하에서 별 형성의 정지를 이끄는 주요 메커니즘이 AGN 피드백인지 확인하기.
• 다양한 블랙홀 질량 추정 방법과 은하 유형에 걸쳐 블랙홀 질량-수면 분율 관계의 강건성 평가하기.
• 블랙홀 질량, 은하 질량, 헬로 질량, 및 구조적 매개변수(예: B/T)가 수면 분율을 예측하는 데 있어 상대적인 중요도 비교하기.
• 관측된 상관관계가 블랙홀 성장과 억제 사이의 인과관계를 시사하는지, 단순한 우연의 일치가 아님을 평가하기.

제안 방법

• SDSS DR7 스펙트로스코픽 샘플에서 은하 질량 8 < log(M*/M☉) < 12 이며 redshift z < 0.2인 중심은하 423,480개를 사용.
• Hopkins 등(2007)과 같은 경험적 관계를 이용해 블랙홀 질량을 부두 은하 질량과 중심 속도 분산과 연관시켜 추정.
• 수면 분율을 블랙홀 질량, 은하 질량, 헬로 질량, B/T 비율의 박스별로 계산.
• 통계적 추론의 강건성을 확보하기 위해 수면 분율 추정치의 1σ 오차 한계를 계산하기 위해 잭나이프 재표본 추출을 적용.
• 은하 유형(조기형 대 후기형)에 따라 샘플을 분할하여 결과가 형상과 블랙홀 질량 추정 방법에 민감한지 테스트.
• 다른 은하 성질과 비교하기 위해 총 은하 질량에서 어둠의 물질 헬로 질량을 유추하기 위해 빈도 매칭 기법을 사용.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은하 질량, 헬로 질량, 또는 구조적 매개변수보다 블랙홀 질량이 중심은하의 수면 분율을 더 강력하게 예측하는가?
• RQ2 B/T나 헬로 질량과 같은 다른 은하 성질을 통제할 때도 수면 분율-블랙홀 질량 관계는 날카롭고 날카로운가?
• RQ3 다른 블랙홀 질량 추정 기법(속도 분산만 사용 vs. 부두 질량 + 속도 분산)이 관측된 상관관계에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 관측된 상관관계는 AGN 피드백이 주요 억제 메커니즘이라는 것을 일관되게 뒷받침하는가, 아니면 다른 과정이 이 경향을 설명할 수 있는가?
• RQ5 수면 분율-블랙홀 질량 관계의 강도는 은하 형상이나 환경과 무관하게 블랙홀 성장과 억제 사이의 인과관계를 시사하는가?

주요 결과

• 수면 분율은 블랙홀 질량이 증가함에 따라 급격히 증가하며, 50% 전환점은 M_BH ≈ 10^7.5 M☉에서 발생한다.
• 수면 분율-블랙홀 질량 관계는 은하 질량, 헬로 질량, 또는 B/T와의 관계보다 더 급격하고 날카럽다.
• 은하 질량, 헬로 질량, 또는 B/T를 고정한 상태에서도 관계는 강하고 날카로워서, 블랙홀 질량이 주요 상관 변수임을 시사한다.
• 후기형 은하의 경우 부두 질량을 포함한 블랙홀 질량 추정이 필수적이며, 속도 분산만으로는 디스크 회전으로 인한 오염이 발생한다.
• 고정된 블랙홀 질량에서 은하 질량이 증가할수록 수면 분율은 감소하는 음의 경향을 보이며, 이는 B/T 감소와 디스크 지배성 감소 때문일 수 있다.
• 결과는 AGN 피드백이 중심은하에서 주요 억제 메커니즘임을 강력히 지지하며, 블랙홀 질량이 은하 정지 상태를 예측하는 가장 기본적인 단일 예측 변수임을 시사한다.