[论文解读] Different higher order kinematics between star-forming and quiescent galaxies based on the SAMI, MAGPI, and LEGA-C surveys

Francesco D’Eugenio, Arjen van der Wel+39 more|arXiv (Cornell University)|Mar 7, 2023

Astronomy and Astrophysical Research被引用 1

一句话总结

本研究利用SAM I、MAGPI和LEGA-C巡天提供的深紫外光谱数据，首次对过去70亿年宇宙时空中星系的星族速度分布峰度（h4）进行了统计分析。结果表明，安静星系的h4显著高于星暴星系，且h4与旋转速度-速度 dispersion 比值呈负相关，同时与恒星质量及投影形状相关，揭示了不同类型星系在动力学形成历史上的本质差异。

ABSTRACT

ABSTRACT We present the first statistical study of spatially integrated non-Gaussian stellar kinematics spanning 7 Gyr in cosmic time. We use deep, rest-frame optical spectroscopy of massive galaxies (stellar mass $M_\star \gt 10^{10.5} \, \mathrm{M_\odot }$) at redshifts z = 0.05, 0.3, and 0.8 from the SAMI, MAGPI, and LEGA-C surveys, to measure the excess kurtosis h4 of the stellar velocity distribution, the latter parametrized as a Gauss–Hermite series. We find that at all redshifts where we have large enough samples, h4 anticorrelates with the ratio between rotation and dispersion, highlighting the physical connection between these two kinematic observables. In addition, and independently from the anticorrelation with rotation-to-dispersion ratio, we also find a correlation between h4 and M⋆, potentially connected to the assembly history of galaxies. In contrast, after controlling for mass, we find no evidence of independent correlation between h4 and aperture velocity dispersion or galaxy size. These results hold for both star-forming and quiescent galaxies. For quiescent galaxies, h4 also correlates with projected shape, even after controlling for the rotation-to-dispersion ratio. At any given redshift, star-forming galaxies have lower h4 compared to quiescent galaxies, highlighting the link between kinematic structure and star-forming activity.

研究动机与目标

• 研究大质量星系在宇宙时空中高阶星族动力学的演化。
• 确定非高斯速度分布（通过h4测量）在星暴星系与安静星系之间是否存在差异。
• 通过控制质量、大小、速度 dispersion 和结构参数，厘清h4的物理驱动机制。
• 评估星系形成历史在塑造偏离高斯性的动力学偏差中的作用。

提出的方法

• 利用星族速度分布的高斯-埃尔米特级数展开，测量了积分光谱中速度分布的超额峰度h4。
• 整合了三个深紫外光谱巡天的数据：SAMI（z ≈ 0.05）、MAGPI（z ≈ 0.3）和LEGA-C（z ≈ 0.8），覆盖恒星质量范围10^10.5 M⊙ < M⋆ < 10^11.5 M⊙。
• 使用ppxf模型拟合星族动力学并从积分光谱中提取h4，确保在不同红移下测量的一致性。
• 应用统计模型评估h4与动力学、结构及物理参数之间的相关性，同时控制混杂变量。
• 根据星系在星形成序列中的位置，将其分类为星暴星系或安静星系。
• 采用多元回归与偏相关分析，分离出h4与质量、大小、速度 dispersion 及形状的独立依赖关系。

实验结果

研究问题

• RQ1 在大质量星系中，高阶动力学矩h4在70亿年宇宙时空中如何演化？
• RQ2 星暴星系与安静星系的h4值是否存在系统性差异，且独立于其他动力学特性？
• RQ3 h4与旋转速度-速度 dispersion 比值之间的相关性是否独立于恒星质量和大小？
• RQ4 在控制动力学比值后，h4是否仍与安静星系的星系形状或核球成分相关？
• RQ5 在h4对动力学结构的依赖之外，h4是否与恒星质量、速度 dispersion 或大小存在独立相关性？

主要发现

• 在所有红移下，安静星系的h4显著高于星暴星系，表明其星族速度分布更具尖峰（宽尾）特征。
• h4在所有红移下均与旋转速度-速度 dispersion 比值（V/σ）呈负相关，证实了旋转支持与速度分布形状之间的物理解释。
• 在控制恒星质量后，h4仍与质量相关，表明其与星系形成历史或形成 timescale 存在关联。
• 在控制质量后，h4与孔径速度 dispersion 或星系大小之间未发现独立相关性，表明这些因素并非非高斯性的主要驱动因素。
• 对于安静星系，即使在控制V/σ后，h4仍与投影形状（如椭圆率）相关，表明结构效应会影响速度分布峰度。
• 星暴星系与安静星系在h4上的观测差异凸显了动力学本质差异，该差异与恒星形成活动及结构演化密切相关。