[论文解读] 3D Spectroscopy with VLT/GIRAFFE - IV: Angular Momentum and Dynamical Support of Intermediate Redshift Galaxies

M. Puech, F. Hammer+2 more|ArXiv.org|Jan 25, 2007

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 71被引用 39

一句话总结

本研究利用甚大望远镜/GIRAFFE的3D光谱数据，对32个中等红移星系（z ≈ 0.6）进行分析，以研究角动量演化与动力学支持。研究发现，z ≈ 0.6时的旋转盘星系具有与本地螺旋星系相似的单位质量角动量和尺寸，而动力学复杂的星系则表现出更高的离散度，表明其演化受主要并合驱动，呈非线性随机游走特征，轨道角动量被转化为自旋角动量。

ABSTRACT

[Abridged] One of the most outstanding problems related to numerical models of galaxy formation is the so-called ``angular momentum catastrophe''. We study the evolution of the angular momentum from z~0.6 to z=0 to further our understanding of the mechanisms responsible for the large angular momenta of disk galaxies observed today. This study is based on a complete sample of 32, 0.4

研究动机与目标

• 研究从z ≈ 0.6到z = 0期间中等红移星系的角动量与动力学支持演化。
• 检验本地盘星系中观测到的高角动量是否可由并合驱动过程解释。
• 评估主要并合与气体吸积在近80亿年来塑造盘星系的运动学与角动量中的作用。
• 评估动力学分类（旋转盘、扰动旋转体、复杂运动学）在追踪动力学演化方面的稳健性。
• 检验Hammer等人（2005年）提出的“螺旋星系重建”情景，即本地螺旋星系在主要并合后通过气体吸积重新形成。

提出的方法

• 利用FLAMES/GIRAFFE积分场光谱仪，对红移0.4 ≤ z ≤ 0.75的32个星系获取空间分辨的动力学信息。
• 基于速度场形态，将星系分为三类动力学类型：旋转盘（11个）、扰动旋转体（7个）和复杂运动学（14个）。
• 对每个星系计算单位质量角动量（j_disk）和通过V/σ比值的动力学支持。
• 将遥远星系的j_disk–V_max关系与R_d–V_max关系与本地星系进行比较，以追踪演化过程。
• 利用T.J. Cox提供的流体动力学模拟，建模并合驱动的盘重建与角动量转换过程。
• 分析加热机制（如小质量并合、气体吸积）对V/σ比值与角动量离散度的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 z ≈ 0.6时旋转盘星系的单位质量角动量（j_disk）与本地螺旋星系相比如何？
• RQ2 主要并合在动力学复杂星系的j_disk–V_max与R_d–V_max平面中观测到的离散度中起何作用？
• RQ3 为何遥远旋转盘星系的V/σ比值低于本地盘星系，其物理机制是什么？
• RQ4 ‘螺旋星系重建’情景在多大程度上可解释本地盘星系中观测到的高角动量？
• RQ5 星系角动量的演化是否可描述为非线性随机游走？其演化由何种过程驱动？

主要发现

• z ≈ 0.6时的遥远旋转盘星系在单位质量角动量（j_disk）和盘尺度长度（R_d）上，与本地螺旋星系在统计上无显著差异。
• 具有复杂运动学的星系在j_disk–V_max与R_d–V_max平面上表现出显著更高的离散度，表明其动力学扰动更严重。
• 遥远星系，尤其是具有扰动旋转的星系，其V/σ比值低于本地星系，表明其湍流增强，可能由加热机制引起。
• V/σ的演化与小质量并合及气体吸积导致的加热一致，这些过程也可能促进角动量混合。
• 角动量演化似乎遵循非线性随机游走，主要并合通过将轨道角动量转化为自旋角动量，成为主要驱动力。
• 结果支持‘螺旋星系重建’情景，即本地螺旋星系在主要并合后通过气体吸积重新形成，从而解释其高角动量。