[论文解读] Dynamical Properties of z~2 Star Forming Galaxies and a Universal Star Formation Relation

N. Bouché, G. Cresci+18 more|SPIRE - Sciences Po Institutional REpository|Jun 19, 2007

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 75被引用 147

一句话总结

本研究利用SINFONI/VLT积分场光谱和IRAM CO干涉测量，分析了红移z~2星系形成星系的动力学特性，对比了紫外、光学和亚毫米波选的样本。研究发现，紫外/光学明亮星系遵循与旋转盘一致的普遍速度-大小关系，而紧凑、高密度的亚毫米波星系（SMGs）则表明为耗散性大并合，支持在z~2时存在斜率为~1.7的普遍Schmidt-Kennicutt关系。

ABSTRACT

We present the first comparison of the dynamical properties of different samples of z~1.4-3.4 star forming galaxies from spatially resolved imaging spectroscopy from SINFONI/VLT integral field spectroscopy and IRAM CO millimeter interferometry. Our samples include 16 rest-frame UV-selected, 16 rest-frame optically-selected and 13 submillimeter galaxies (SMGs). We find that restframe UV- and optically bright (K<20) z~2 star forming galaxies are dynamically similar, and follow the same velocity-size relation as disk galaxies at z~0. In the theoretical framework of rotating disks forming from dissipative collapse in dark matter halos, the two samples require a spin parameter ranging from 0.06 to 0.2. In contrast bright SMGs have larger velocity widths and are much more compact. Hence, SMGs have lower angular momenta and higher matter densities than either of the UV- or optically selected populations. This indicates that dissipative major mergers may dominate the SMGs population, resulting in early spheroids, and that the majority of UV/optically bright galaxies have evolved less violently [...]. These early disks may later evolve into spheroids via disk instabilities or mergers. Because of their small sizes and large densities, SMGs lie at the high surface density end of a universal (out to z=2.5) "Schmidt-Kennicutt" relation between gas surface density and star formation rate surface density with a slope of ~1.7.

研究动机与目标

• 比较不同选源标准（紫外、光学和亚毫米波）下z~2星系形成星系的动力学特性。
• 确定z~2时紫外和光学明亮星系是否遵循与本地盘星系相同的运动学关系。
• 探究亚毫米波星系（SMGs）高表面密度的成因及其动力学演化。
• 检验在z~2时Schmidt-Kennicutt关系在多样化星系群体中的普适性。
• 约束高红移星系形成星系的自旋参数和角动量含量。

提出的方法

• 利用SINFONI/VLT进行空间分辨积分场光谱，测量16个紫外选、16个光学选和13个SMGs（红移z~1.4–3.4）的视向速度场和动力学质量。
• 利用IRAM进行毫米波CO干涉测量，测定相同样本的分子气体含量和运动学特性。
• 通过发射线轮廓的动力学建模，推导速度-大小关系和动力学质量估计。
• 基于旋转支持假设，利用公式λ = V_max / (2V_circular)计算自旋参数。
• 通过绘制气体面密度与恒星形成率面密度的关系图，构建Schmidt-Kennicutt关系。
• 将观测到的动力学特性与暗物质晕中耗散性坍缩的理论预期进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 紫外和光学选的z~2星系形成星系是否表现出相似的动力学特性？
• RQ2 z~2盘状星系的自旋参数是多少，其与理论预期相比如何？
• RQ3 亚毫米波星系（SMGs）的动力学特性与紫外和光学选星系有何不同？
• RQ4 在z~2时Schmidt-Kennicutt关系是否具有普适性，其在多样化星系群体中的斜率是多少？
• RQ5 何种物理过程——如并合或盘不稳定性——可解释观测到的动力学差异？

主要发现

• 紫外和光学明亮的z~2星系（K<20）遵循与本地盘星系相同的速度-大小关系，表明其具有相似的旋转动力学。
• 这些星系的自旋参数介于0.06至0.2之间，与暗物质晕中耗散性坍缩的理论一致。
• 亚毫米波星系（SMGs）显著更紧凑，且具有更大的速度宽度，表明其角动量较低、物质密度较高。
• SMGs的动力学特性最可能由耗散性大并合解释，导致早期球状星系的形成。
• 所有三类星系均位于一条延伸至z=2.5的普遍Schmidt-Kennicutt关系上，其斜率约为1.7。
• SMGs位于Schmidt-Kennicutt关系的高表面密度端，与强烈且紧凑的恒星形成一致。