[论文解读] Formation of S0 galaxies through mergers. Evolution in the Tully-Fisher relation since $z\sim1$

Trinidad Tapia, M. C. Eliche‐Moral+4 more|arXiv (Cornell University)|Jun 12, 2017

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 148被引用 24

一句话总结

本文提出，巨大S0星系在$z\sim1.8-1.5$时期通过主要并合形成，随后在孤立状态下经历被动演化，使其残骸从$z\sim0.8$时的图尔-费舍尔关系（TFR）异常点演变为$z=0$时与本地TFR对齐。该模型利用基于$V_{\mathrm{circ}}$的运动学解释了S0星系TFR中观测到的偏移与色散，后向并合残骸与具有反向旋转的S0星系相匹配。

ABSTRACT

(Abridged version) We explore whether a scenario that combines an origin by mergers at $z\sim$1.8-1.5 with a subsequent passive evolution of the resulting S0 remnants since $z \sim$0.8-1 is compatible with observational data of S0s in the Tully-Fisher relation (TFR). We studied a set of major and minor merger experiments from the GalMer database that generate massive S0 remnants. We analysed the location of these remnants in the photometric and stellar TFRs assuming that they correspond to $z\sim0.8$ galaxies. We then estimated their evolution in these planes over the last 7 Gyr. The results were compared with data of real S0s and spirals at different redshifts. We also tested how the use of Vcirc or Vrot,max affects the results. We found that just after $\sim$1-2 Gyr of coalescence, major mergers generate S0 remnants that are outliers of the local photometric and stellar TFRs at $z\sim0.8$. After $\sim$4-7 Gyr of passive evolution in isolation, the S0 remnants move towards the local TFR, although the initial scatter among them persists. This scatter is sensitive to the indicator used for the rotation velocity: Vcirc values yield a lower scatter than when Vrot,max values are considered instead. In the planes involving Vrot,max, a clear segregation of the S0 remnants in terms of the spin-orbit coupling of the model is observed, in which the remnants of retrograde encounters overlap with local S0s hosting counter-rotating discs. The location of the S0 remnants at $z\sim 0$ agrees well with the observed distribution of local S0 galaxies in the $σ_0$-$M_K$, Vcirc-$σ_0$ and Vrot,max-$σ_0$ planes. Thus, massive S0 galaxies may have been formed through major mergers that occurred at high redshift and have later evolved towards the local TFR through passive evolution in relative isolation, a mechanism that would also contribute to the scatter observed in this relation.

研究动机与目标

• 检验主要并合后被动演化是否能解释S0星系从$z\sim0.8$到$z=0$在图尔-费舍尔关系中的演化。
• 评估S0星系并合残骸是否能在高红移时作为TFR异常点出现，但通过演化最终与本地TFR对齐。
• 评估不同运动学指标——$V_{\mathrm{circ}}$与$V_{\mathrm{rot,max}}$——对S0残骸在TFR中位置的影响。
• 确定并合模拟中的角动量-轨道耦合是否能重现本地S0星系中观察到的运动学多样性，包括反向旋转盘。

提出的方法

• 使用GalMer数据库中的主要与次要并合事件模拟，生成大质量、动力学松弛的S0类残骸。
• 在$z\sim0.8$时，基于$V_{\mathrm{circ}}$与$V_{\mathrm{rot,max}}$作为旋转速度指标，构建这些残骸的光度与恒星Tully-Fisher关系。
• 模拟约7 Gyr的被动演化，以再现残骸在孤立状态下的老化过程，包括恒星种群的消光与残余恒星形成的影响。
• 在$M_K$–$V$、$\sigma_0$–$M_K$与$V$–$\sigma_0$平面中追踪残骸的光度与速度演化，以与$z=0$和$z\sim0.8$的观测数据进行比较。
• 分析并合前体的角动量-轨道耦合，以评估其对S0残骸运动学结构的影响。
• 将结果与本地S0星系及高红移螺旋星系/S0星系的观测数据进行对比，以验证模型与观测到的TFR偏移与色散的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 通过$z\sim1.8-1.5$时期主要并合形成的S0星系，是否能通过被动演化在$z=0$时与本地图尔-费舍尔关系对齐？
• RQ2 选择不同的运动学指标——$V_{\mathrm{circ}}$与$V_{\mathrm{rot,max}}$——如何影响S0残骸在TFR中的色散与位置？
• RQ3 后向并合形成的残骸是否能重现本地S0星系中反向旋转盘的运动学特性？
• RQ4 孤立状态下的被动演化在多大程度上解释了高红移S0星系TFR与本地TFR之间的观测偏移？
• RQ5 S0星系TFR中的观测色散是否可由并合残骸的初始多样性及其后续演化所解释？

主要发现

• 在$z\sim1.8-1.5$时期的主要并合产生S0残骸，其在$z\sim0.8$时为光度与恒星TFR的异常点，与高红移S0星系的观测结果一致。
• 经过约7 Gyr的被动演化后，这些残骸向本地TFR迁移，在$M_K$–$V_{\mathrm{circ}}$、$\sigma_0$–$M_K$与$V_{\mathrm{circ}}$–$\sigma_0$平面中与观测到的本地S0星系重叠。
• 使用$V_{\mathrm{circ}}$相比$V_{\mathrm{rot,max}}$可降低TFR中的色散，与本地S0星系TFR的匹配度更高。
• 后向并合形成的残骸在$V_{\mathrm{rot,max}}$–$\sigma_0$平面中与本地S0星系中具有反向旋转盘的星系重叠，支持此类系统起源于并合。
• 在约7 Gyr的被动演化过程中，残骸在$B$-波段亮度衰减约1.3等，在$K$-波段约0.8等，与螺旋星系与S0星系TFR之间的观测偏移相匹配。
• 次要并合形成的残骸初始时靠近本地TFR，且演化可忽略不计，表明其对TFR色散或偏移的贡献可忽略。