[论文解读] SDSS-IV MaNGA: How the stellar populations of passive central galaxies depend on stellar and halo mass

Grecco A. Oyarzún, Kevin Bundy+24 more|arXiv (Cornell University)|May 25, 2022

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 208被引用 15

一句话总结

本研究利用2,200个安静中心星系的空间分辨MaNGA光谱，表明恒星种群——特别是年龄、[Fe/H]和[Mg/Fe]——在固定恒星质量（M∗）的情况下，系统性地依赖于恒星质量（M∗）和晕质量（Mh），甚至在固定M∗时亦然。在固定M∗时，位于更高质量晕中的星系更古老，[Fe/H]更低，[Mg/Fe]更高，表明晕质量调节了化学富集历史，对星系组装偏倚或早期气体保留具有启示意义。

ABSTRACT

We analyze spatially resolved and co-added SDSS-IV MaNGA spectra with signal-to-noise ~100 from 2200 passive central galaxies (z~0.05) to understand how central galaxy assembly depends on stellar mass (M*) and halo mass (Mh). We control for systematic errors in Mh by employing a new group catalog from Tinker (2020a,b) and the widely-used Yang et al. (2007) catalog. At fixed M*, the strength of several stellar absorption features varies systematically with Mh. Completely model-free, this is one of the first indications that the stellar populations of centrals with identical M* are affected by the properties of their host halos. To interpret these variations, we applied full spectral fitting with the code alf. At fixed M*, centrals in more massive halos are older, show lower [Fe/H], and have higher [Mg/Fe] with 3.5 sigma confidence. We conclude that halos not only dictate how much M* galaxies assemble, but also modulate their chemical enrichment histories. Turning to our analysis at fixed Mh, high-M* centrals are older, show lower [Fe/H], and have higher [Mg/Fe] for Mh>10^{12}Msun/h with confidence > 4 sigma. While massive passive galaxies are thought to form early and rapidly, our results are among the first to distinguish these trends at fixed Mh. They suggest that high-M* centrals experienced unique early formation histories, either through enhanced collapse and gas fueling, or because their halos were early-forming and highly concentrated, a possible signal of galaxy assembly bias.

研究动机与目标

• 探究安静中心星系的恒星种群如何同时依赖于恒星质量（M∗）和宿主晕质量（Mh），突破固定M∗分析的局限。
• 检验环境（通过Mh追踪）是否独立于M∗影响中心星系的化学和年龄特性。
• 确定晕质量是否调节安静星系的化学富集历史，从而挑战仅由M∗决定形成历史的假设。
• 通过分析金属丰度和元素丰度比的梯度，厘清原位形成与外源吸积在星系演化中的作用。
• 使用两个独立的星系群星表（Tinker 2020和Yang et al. 2007）评估结果的稳健性，并控制Mh估计中的系统误差。

提出的方法

• 利用2,200个红移z ∼ 0.05的安静中心星系的共加空间分辨MaNGA光谱，信噪比∼100。
• 采用代码alf进行全谱能量分布（SED）拟合，通过emcee进行后验抽样，推导恒星种群参数（年龄、[Fe/H]、[Mg/Fe]）。
• 采用两个独立的晕质量星表：Tinker (2020a,b) 和 Yang et al. (2007)，以交叉验证Mh估计并减少系统偏差。
• 在固定M∗和固定Mh下进行分析，以分离每个质量参数对恒星种群特性独立影响。
• 使用光谱拟合的复合后验分布量化不确定性，确保恒星种群参数估计的稳健性。
• 在误差建模中引入抖动和膨胀误差项，以提高光谱拟合的可靠性。

实验结果

研究问题

• RQ1 晕质量（Mh）是否在独立于恒星质量（M∗）的情况下影响安静中心星系的恒星种群特性？
• RQ2 在固定M∗时，位于更高质量晕中的星系是否在年龄、金属丰度（[Fe/H]）和α元素增强（[Mg/Fe]）方面表现出系统性差异？
• RQ3 在固定Mh时，高M∗中心星系与低M∗中心星系相比，其形成历史是否在恒星种群参数上表现出明显不同？
• RQ4 这些观测趋势是否可由早期气体保留、增强坍缩或早期形成、集中晕中的星系组装偏倚来解释？
• RQ5 结果对晕质量估计不确定性和样本污染的敏感性如何？

主要发现

• 在固定M∗时，位于更高质量晕中的中心星系系统性地更古老，[Fe/H]更低，[Mg/Fe]更高，三者显著性水平均为3.5σ。
• 这些趋势为无模型依赖，表明晕质量直接调节了安静星系的化学富集历史，即使在M∗保持不变时亦然。
• 在固定Mh > 10^12 h⁻¹ M⊙时，高M∗中心星系比低M∗中心星系更古老，[Fe/H]更低，[Mg/Fe]更高，显著性超过4σ。
• 结果表明高M∗中心星系经历了独特的早期形成历史，可能由于增强坍缩或早期形成、集中晕所致。
• 研究结果支持星系组装偏倚的可能性，即高M∗中心星系形成于早期集中晕中，促进了快速、高效的恒星形成和金属保留。
• 结果在两个独立的晕质量星表中均保持稳健，表明Mh估计中的系统误差无法解释观测到的趋势。