[论文解读] SINFONI Integral Field Spectroscopy of z~2 UV-selected Galaxies: Rotation Curves and Dynamical Evolution

N. M. Förster Schreiber, R. Genzel+15 more|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|Mar 21, 2006

Astrophysics and Star Formation Studies被引用 4

一句话总结

本研究利用甚大望远镜上的SINFONI对14个z~2的紫外选中星系进行了高分辨率近红外积分场光谱观测，揭示了空间分辨的旋转曲线和与旋转盘一致的运动学特征。关键发现是，这些高红移星系的动力学质量和单位质量角动量与本地晚型螺旋星系相似，其virial质量约为~10^11.7 M☉，支持一种通过气体吸积和团块驱动的星系核球形成实现的由内向外的盘面增长情景，持续时间约10亿年。

ABSTRACT

We present 0.5" resolution near-IR integral field spectroscopy of the Ha line emission of 14 z~2 UV-selected BM/BX galaxies obtained with SINFONI at ESO/VLT. The mean Ha half-light radius r_1/2 is about 4kpc and line emission is detected over > ~20kpc in several sources. In 9 sources, we detect spatially-resolved velocity gradients, from 40 to 410 km/s over ~10kpc. The observed kinematics of the larger systems are consistent with orbital motions. Four galaxies are well described by rotating disks with clumpy morphologies and we extract rotation curves out to radii > ~10kpc. One or two galaxies exhibit signatures more consistent with mergers. Analyzing all 14 galaxies in the framework of rotating disks, we infer mean inclination- and beam-corrected maximum circular velocities v_c of 180+-90 km/s and dynamical masses of (0.5-25)x10^10 Msun within r_1/2. On average, the dynamical masses are consistent with photometric stellar masses assuming a Chabrier/Kroupa IMF but too small for a 0.1-100 Msun Salpeter IMF. The specific angular momenta of our BM/BX galaxies are similar to those of local late-type galaxies. The specific angular momenta of their baryons are comparable to those of their dark matter halos. Extrapolating from the average v_c at 10kpc, the virial mass of the typical halo of a galaxy in our sample is 10^(11.7+-0.5) Msun. Kinematic modeling of the 3 best cases implies a ratio of v_c to local velocity dispersion of order 2-4 and accordingly a large geometric thickness. We argue that this suggests a mass accretion (alternatively, gas exhaustion) timescale of ~500Myr. We also argue that if our BM/BX galaxies were initially gas rich, their clumpy disks will subsequently lose their angular momentum and form compact bulges on a timescale of ~1 Gyr. [ABRIDGED]

研究动机与目标

• 利用高分辨率积分场光谱技术，研究z~2紫外选中BM/BX星系的运动学结构与动力学质量。
• 确定这些高红移星系是否与旋转盘模型一致，或受并合驱动的动力学影响。
• 估算重子物质的单位质量角动量，并与暗物质晕的角动量进行比较，以约束形成机制。
• 基于v_c/σ等运动学特性，推断气体吸积或耗尽的时间尺度。
• 探讨具有团块结构、富含气体的盘面在约10亿年内演化为紧凑核球的路径。

提出的方法

• 利用甚大望远镜上的SINFONI对14个z~2的BM/BX星系的Hα发射线获取了约0.5角秒分辨率的近红外积分场光谱。
• 测量了空间分辨的速度梯度，并构建了二维运动学图，以评估旋转运动与并合型运动学的差异。
• 在四个运动学结构解析良好的星系中，提取了半径大于10 h₇₀⁻¹ kpc的旋转曲线。
• 计算了倾斜度与光束修正后的最大圆周速度（v_c）以及Hα半光半径内的动力学质量。
• 将10 h₇₀⁻¹ kpc处的平均v_c作为晕virial质量的代理，估算出M_vir ~ 10^11.7±0.5 M☉。
• 通过运动学建模推导出v_c/σ比值（约2–4），推断气体吸积或耗尽的时间尺度为~200–800 Myr。

实验结果

研究问题

• RQ1 z~2紫外选中星系的运动学是否与旋转盘模型一致，或受并合诱导动力学影响？
• RQ2 这些高红移星系的动力学质量与virial质量是多少？与光度测量的恒星质量估计相比如何？
• RQ3 这些星系中重子物质的单位质量角动量与暗物质晕的角动量相比如何？
• RQ4 基于v_c/σ等运动学特性，气体吸积或耗尽的时间尺度如何推断？
• RQ5 观测到的团块状形态与运动学是否可用约10亿年内由团块驱动的核球形成情景解释？

主要发现

• 14个星系中有9个显示出空间分辨的速度梯度，峰值到峰值的速度差在~10 h₇₀⁻¹ kpc范围内为40至410 km s⁻¹。
• 在Hα半光半径内，倾斜度与光束修正后的最大圆周速度平均值为v_c ~ 180 ± 90 km s⁻¹。
• 在r₁/₂范围内的动力学质量为~0.5至25 × 10¹⁰ h₇₀⁻¹ M☉，在采用Chabrier或Kroupa初始质量函数时与光度恒星质量估计一致，但不足以支持Salpeter初始质量函数。
• 典型暗物质晕的virial质量估计为10^11.7±0.5 h₇₀⁻¹ M☉，与基于团聚度的估计结果良好一致。
• 在三个最佳拟合情况下，v_c/σ比值为2–4，暗示气体吸积或耗尽的时间尺度约为~200–800 Myr，与恒星年龄一致。
• J-K色指数最红、K波段亮度最高的星系在[N II]/Hα中显示出中心峰值，Hα等效宽度最小，表明存在由内向外的金属度与年龄梯度，与演化成熟的核球形成系统一致。