[论文解读] The role of bars in quenching star formation from z = 3 to the present epoch. Halpha3: an Halpha imaging survey of HI selected galaxies from ALFALFA, VI

G. Gavazzi, G. Consolandi+11 more|arXiv (Cornell University)|May 28, 2015

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 11被引用 72

一句话总结

本研究探究了从 z = 3 至现今，星系棒在大质量星系中抑制恒星形成的作用。利用 Hα3 巡天中对 HI 选源星系的 Hα 成像，研究发现强棒的出现率在质量阈值 M_knee ∝ (1+z)² 以上急剧上升，数值模型进一步证实星系棒可迅速抑制中心区域的恒星形成，从而解释观测到的 sSFR 下行趋势。

ABSTRACT

A growing body of evidence indicates that the star formation rate per unit stellar mass (sSFR) decreases with increasing mass in normal "main-sequence" star forming galaxies. Many processes have been advocated as responsible for such a trend (also known as mass quenching), e.g., feedback from active galactic nuclei (AGNs), and the formation of classical bulges. We determine a refined star formation versus stellar mass relation in the local Universe. To this aim we use the Halpha narrow-band imaging follow-up survey (Halpha3) of field galaxies selected from the HI Arecibo Legacy Fast ALFA Survey (ALFALFA) in the Coma and Local superclusters. By complementing this local determination with high-redshift measurements from the literature, we reconstruct the star formation history of main-sequence galaxies as a function of stellar mass from the present epoch up to z=3. In agreement with previous studies, our analysis shows that quenching mechanisms occur above a threshold stellar mass M_knee that evolves with redshift as propto (1+z)^{2}. Moreover, visual morphological classification of individual objects in our local sample reveals a sharp increase in the fraction of visually-classified strong bars with mass, hinting that strong bars may contribute to the observed downturn in the sSFR above M_knee. We test this hypothesis using a simple but physically-motivated numerical model for bar formation, finding that strong bars can rapidly quench star formation in the central few kpc of field galaxies. We conclude that strong bars contribute significantly to the red colors observed in the inner parts of massive galaxies, although additional mechanisms are likely required to quench the star formation in the outer regions of massive spiral galaxies. Intriguingly, when we extrapolate our model to higher redshifts, we successfully recover the observed redshift evolution for M_knee.

研究动机与目标

• 利用深度 Hα 成像，确定本地主序列星系的恒星形成速率与恒星质量的关系。
• 研究质量阈值 M_knee 在红移演化中的变化，即恒星形成被抑制的质量阈值。
• 检验大质量星系中强棒比例的增加是否有助于质量抑制。
• 模拟棒对中心恒星形成的影响，评估其在星系演化中的作用。
• 探索棒诱导抑制与类核球或盒状/花生状核球形成之间的关联。

提出的方法

• 对 ALFALFA 巡天中 Coma 和本地超星系团区域的 HI 选源星系进行 Hα 窄带成像后续观测。
• 将本地 Hα3 数据与高红移文献测量结果结合，重建从 z = 3 至现今主序列星系的恒星形成历史。
• 通过目视形态分类量化强棒在不同恒星质量下的比例。
• 开发一个基于物理机制的数值模型，模拟棒驱动的气体内流及中心恒星形成的抑制。
• 利用该模型检验棒诱导抑制是否能重现 M_knee 随红移的观测演化。
• 探索棒的动力学演化，包括棒的“自我毁灭”及类核球或盒状/花生状结构的形成。

实验结果

研究问题

• RQ1 大质量星系中强棒的出现是否与 M_knee 处的恒星形成抑制同时发生？
• RQ2 恒星形成抑制的质量阈值 M_knee 如何随宇宙时空中演化，棒的形成能否解释这一演化？
• RQ3 棒驱动的气体内流在多大程度上可解释大质量星系中观测到的特定恒星形成率（sSFR）下行趋势？
• RQ4 棒消散后，哪些动力学和结构残余物仍存在，它们与观测到的核球形态有何关联？
• RQ5 棒诱导抑制模型是否能在不引入额外抑制机制的前提下，重现 M_knee 的红移演化？

主要发现

• 在本地星系中，目视分类为强棒的星系比例在恒星质量阈值 M_knee ≈ 10^9.5 M⊙ 以上急剧上升。
• 质量阈值 M_knee 随红移演化为 M_knee ∝ (1+z)^2，与大质量星系中 sSFR 下降的观测结果一致。
• 数值模型证实，强棒可迅速抑制星系中心数 kpc 范围内的恒星形成。
• 棒诱导抑制可解释大质量星系内区的红色特征，但外区可能需要额外的抑制机制。
• 将模型外推至更高红移，成功重现了 M_knee 的观测演化，支持棒在质量抑制中的作用。
• 许多具有核球但无可见棒的大质量星系，可能处于棒消散后的晚期演化阶段，其残余物为类核球或盒状/花生状核球。