論文紹介

LSD: Lyman-break galaxies Stellar populations and Dynamics. I: Mass, metallicity and gas at z〜3.1 (arXiv:0902.2398)

F.Mannucci, G.Cresci, R.Maiolino, A.Marconi, G.Pastorini, L.Pozzetti, A.Gnerucci, G.Risaliti, R.Schneider, M.Lehnert, M.Salvati

Sample selection

Steidel et al.(2003) catalog: 〜1000 LBGs R_AB≤25.5
⇒ 半径35"内に R<15 の星があるもの 〜100 LBGs
⇒ 最適な pair 10 LBGs (偏った分布でないことを確認↓)
　　8/10 はXで見えていない(他2つは観測なし)

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Observations and data reduction

• Integral field spectroscopy

  VLT/SINFONI+NGS
  50x100 mas/pixel 3□" (単一天体の場合)
  125x125 mas/pixel 8□" (複数天体の場合)
  H+K grating (1.5-2.4μm) λ/Δλ〜1400(H),1800(K)
  1.5" ABBA nodding (裾野がかぶる可能性があるが効率優先)
  64x32x2048 の 3D data cube ができる

• Photometric and morphological data

  J,K データの無い6天体を TNG/NICS で観測
  MIR データの無い7天体を Spitzer/IRAC で観測
  U, G, R, J, K(Ks), 3.6, 4.5, 5.8, 8.0 μm が揃う

Results and measured quantities

• The detected lines

  9/10 天体で [OII], Hβ, [OIII], Hαを検出
  Q0302-MD287 で輝線が検出できなかった原因は不明(夜光輝線か dust?)
  0.35"φの aperture で測光し、最も明るい輝線の growth curve で補正(factor 1〜3)

  

• Morphologies and sizes

  
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  UV とemission line の位置関係の詳細は不明(0.2" の pointing error があるため)
  wavefront error によりNGS 方向に伸びているものが１天体
  PSF の確認できる明るい天体は近くにないが、FWHM は大体 0.2"-0.3"
  NGS の PSF で deconvolve してサイズを求めているが、不定性は大きい

  輝線 image は compact だが面輝度の大きい所だけが見えている
  (Hβでは >4Mo/yr/kpc², [OIII]では >1Mo/yr/kpc²)
  PSF を顧慮しても UV の方が広がっているので、local SB と同様に広がっているのだろう

• The Stellar mass

  Hypermass (Pozzetti et al.2007) で stellar mass を評価
  BC03, exp.burst, age ≤ Hubble time, Z=0.2Zo, Chabrier IMF
  (stellar mass x1.7 で Salpeter IMF の場合に変換できる)
  age と extinction は縮退するので評価が難しい(輝線から SFR を出すときの error の原因)
  

• Photoionization conditions

  Narrow line AGN の影響や local との photoionization condition の違いは不明

• SFR from optical lines and SED fitting

  HβまたはHαで Kennicutt 1998 の classical conversion factor により SFR を評価
  [OII]や[OIII]は local と性質が異なる可能性があるのでS/Nが良くても用いない
  error は大きいが、SED から出した結果とまずまず consistent

  
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• Metallicity

  R23, O3, O3O2 などの index で評価、O3O2 以外は extinction の影響は小
  Z = 0.1-0.5Zo で、過去の同様な z〜3 LBG 観測結果と consistent

Notes on individual objects

• Composite spectrum

  8天体のスペクトルをそのまま平均、local に比べ[OIII]が強い

  
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Analysis

• The Mass-Metallicity relation

  
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  metallicity は local の 1/6 になっている
  それぞれの時期での代表的な星生成領域の metallicity の進化を表している
  (単一天体の metal 進化でないことに注意)
  high-z だと面輝度の高い所(metallicity 大の所)にバイアスがかかるので注意！
  その他、high-z では赤い銀河が見えていないなど selection effect を顧慮した比較が必要
  ⇒ future work
  

• SFR and stellar mass

  SFR - M_* 関係は sample selection に大きく依存する
  LBG などの青い銀河よりも、K-band selected などの赤い銀河の方が slope 大
  今回の結果はどちらかというと flat で、軽い銀河ほど若い

  
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• The mass in gas

  local では星生成密度は面輝度に依存
  Σ_SFR∝Σ_gasⁿ (Schmidt-Kennicutt law: n〜1.4)
  Chabrier IMF を仮定すると、半径 r [kpc]として
  Σ_gas [Mo/pc²] = 573 (SFR/πr²)^0.71
  M_gas [Mo] = 7.98x10⁸ SFR^0.71 r^0.58
  Σ_SFR = 0.5-6 Mo/yr/kpc² ⇒ Σ_gas = 300-2000Mo/pc²
  観測されたサイズから M_gas が計算できる

  
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  M_* の範囲が広いのに対し、M_gas の範囲が狭いのは
  selection effect と空間分解能(size の過大評価)の影響かも
  t_dyn = 2πR^3/2/(GM)^1/2 = 40 - 100 Myr
  t_ex = M_gas/SFR = 300-600 Myr
  t_ex/t_dyn = 4-6 で、M_* にそれほど依存しない
  ⇒ gas は十分にあり、星生成はまだまだ続きそう

• The fraction of gas

  
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  f_gas-M_* 関係左下の部分は selection effect で見えていないが
  local や low-z での観測結果や理論モデルでもこの部分には天体がない
  SDSS 銀河と同じ r∝M_*^0.4 を仮定し、SFR=const. SFR∝M_* の場合と比較すると前者が合う
  (normalization は SFR と size で决まるが右下がりの傾向は同じ)

• The effective yields

  Closed-box model での metallicity の進化
  Z = y ln(1/f_gas)
  (dZ = y(-df_gas)/f_gas より)
  Z: gas 中の metal の質量割合
  y: yeild -- 星から放出される gas 中の metal の質量割合で yo=0.0126

  y_eff = Z/ln(1/f_gas) として進化を調べる
  Outflow による metal の散逸や inflow による gas の追加などにより、実際の y よりも小さくなる
  gas の少ない大きい銀河ほどclosed-box に近付くはず

  
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  SDSS の結果(Tremonti et al. 2004, 黒実線) と異なるが Erb et al.(2006) の結果とは同様な傾向
  ⇒ local と high-z ではかなり異なる
  SFR=const. の M-f_gas関係と M-Z 関係を合わせると緑破線になる

  y_eff は gas の出入りの影響を受けているので、横軸は f_gas の方がわかりやすい

  
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  Z の小さい大質量星からの星風には He, C が多く含まれ、O は少ないことも影響？
  local では M_* 大ほど outflow が弱い(closed-box に近付く)ことがわかっているが、
  high-z の観測結果はその逆を示している
  inflow, outflow が SFR に比例するとし、その係数を f_i, f_o とすると、
  f_i=2.5, f_o=1 が best fit で、f_o にはあまり依存しない
  ⇒ LBG の metallicity 進化は gas infall によりコントロールされている