第二回 銀河進化研究会 ＠名古屋大学
２０１５年６月３－５日

赤方偏移 z~1.5 の星形成銀河における星間ガスの物理状態
Hayashi et al., 2015, PASJ, in press, (arXiv: 1504.05589)

林 将央 (国立天文台/日本学術振興会特別研究員)
C. Ly (NASA), 嶋作一大, 本原顕太郎, 後藤亮介, 内藤嘉章 (東京大学),
M. Malkan (ULCA), 長尾透 (愛媛大学), 柏川伸成 (国立天文台)

概要• Subaru Deep Field (SDF) 領域に存在する118個の[OII]輝線銀河＠z~1.5 を、すばる望遠鏡/FMOSを用いて近赤外線分光• ６個の静止系可視域の輝線: [OII], Hb, [OIII], Ha, [NII], [SII]• 輝線強度比から、星間電離ガスの物理状態を調べる

赤方偏移z~1.5の銀河

BPT diagram
Newman+14

Tasca+14z~1.5AGNStar-forming
composite
Red: core, blue: edge, green: between them

銀河のSpecific SFR (SFR/M*) は、
高赤方偏移ほど大きい

輝線の光度比は、近傍銀河のものからオフセットがある

高いsSFRにより、輻射場がハードになることや電離光子の数が増えることが考えられ、高赤方偏移銀河のISMの物理状態が近傍銀河のものと異なる可能性がある“Physical conditions of the interstellar medium in star-forming galaxies at z~1.5”, Masao Hayashi

赤方偏移 z=2-3 の銀河のISMの物理状態~ionization parameter

z=2-3のLya emitters (LAEs) や Lyman break galaxies (LBGs)

Ha emitters (HAEs) at z=2.2-2.5
Shimakawa+15Nakajima & Ouchi 14~oxygen abundance

同じ金属量の銀河でもLAEsやLBSsはイオン化パラメーターが大きい

sSFRとHII領域の電子密度に正の相関

z=1-2の銀河のISMの物理状態も近傍銀河のものと比べて異なる可能性がある“Physical conditions of the interstellar medium in star-forming galaxies at z~1.5”, Masao Hayashi

金属量の推定や星形成銀河/AGN分類への影響[NII]/Haの輝線比(N2)は、金属量(oxygenabundance)の見積もりに使われることが多い

BPT diagram
電子密度、輻射場、イオン化パラメーターに依存

N2 -> O/H

AGN
過小評価?

Maier+14星形成

イオン化パラメーターに依存

high-z銀河のイオン化パラメーターが高い場
合、金属量を過小評価している可能性がある

Kewley+13

これまでよく利用されている輝線比診断法は遠方銀河に適用できないかもしれない“Physical conditions of the interstellar medium in star-forming galaxies at z~1.5”, Masao Hayashi

SDF領域における[OII]輝線銀河のFMOS分光観測
Subaru/FMOS 近赤外線分光観測 (S12A-028 and S14A-018)• [OII]輝線銀河: z=1.47 (S-Cam/NB921) と z=1.62 (S-Cam/NB973) (Ly+07,12)• HR(R=2200), J-long → Hb, [OIII]ll4959,5007• HR, H-long → Ha, [NII]l6584, [SII]ll6716,6731• 星質量： NUVからNIRデータへのSEDフィッティング (Ly+12)118の銀河を分光同定(115 Ha / 45 [OIII] / 13 Hb / 16 [NII] / 6 [SII])[OII]光度はすべての銀河で既知
Filled: confirmed galaxies
NB921 [OII]NB973 [OII]

the brightest galaxy~3 orders of mag.

“Physical conditions of the interstellar medium in star-forming galaxies at z~1.5”, Masao Hayashi

[OII]輝線銀河＠z~1.5のスペクトル (stacked spectrum)

６つの輝線の光度を利用可能 ([OII], Hb, [OIII], Ha,[NII], and [SII])“Physical conditions of the interstellar medium in star-forming galaxies at z~1.5”, Masao Hayashi

BPT図 ([OIII]/Hb vs. [NII]/Ha)
Contours: local SF galaxies, AGN,and composite objects (from SDSS)

近傍銀河の輝線比からオフセットが見られる“Physical conditions of the interstellar medium in star-forming galaxies at z~1.5”, Masao Hayashi

BPT図 ([OIII]/Hb vs. [NII]/Ha)
Contours: local SF galaxies, AGN,
and composite objects (from SDSS)

同じ星質量の銀河をみたとき、[NII]/Haは大きく変わらない[OIII]/Hbが大きくなる方向へシフトする必要がある[NII]/Haの方向にシフトしていると主張する論文もある (e.g., Masters+14, Shapley+15)近傍銀河の輝線比からオフセットが見られる“Physical conditions of the interstellar medium in star-forming galaxies at z~1.5”, Masao Hayashiイオン化パラメーター (q)[OIII]/[OII]: イオン化パラメーターの指標
R23=([OII]+[OIII])/Hb (i.e., oxygen abundance)

Nakajima & Ouchi 14• 近傍銀河と比べて、[OIII]/[OII]強度比が大きい• LAEs/LBGs at z=2-3と同等の[OIII]/[OII]比
イオン化パラメーター:

Contours: local SF galaxies, AGN,
and composite objects (from SDSS)R23[OII]輝線銀河@z~1.5の[OIII]/[OII]
比は大きく(>1)、イオン化パラメー
ターが大きいことを示唆“Physical conditions of the interstellar medium in star-forming galaxies at z~1.5”, Masao Hayashi

[OIII]/[OII]輝線比の星質量依存性
Contours: local SF galaxies (from SDSS)• 低質量銀河ほど [OIII]/[OII]輝線比が大きい• 低質量銀河のほうが specific SFR が大きいことに起因するかもしれない“Physical conditions of the interstellar medium in star-forming galaxies at z~1.5”, Masao Hayashi

高いイオン化パラメーターの原因は?

※ [SII]6716/6731の輝線比から、HII領域のneは近傍銀河と同等“Physical conditions of the interstellar medium in star-forming galaxies at z~1.5”, Masao Hayashi

星形成銀河の main sequence[OII]輝線銀河@z~1.5は、星形成銀河のmain sequence上に分布→ starburst銀河ではなく、普通の星形成銀河

x 20-50“Physical conditions of the interstellar medium in star-forming galaxies at z~1.5”, Masao Hayashi

高い星形成率を持つ近傍銀河との比較• 同じ[OIII]/[OII]輝線比でも金属量が異なる• 高い星形成率を持つ銀河が必ずしも高い[OIII]/[OII]輝線比を持つとは限らないハードな輻射場が原因であることを示唆“Physical conditions of the interstellar medium in star-forming galaxies at z~1.5”, Masao Hayashi

まとめHayashi et al., 2015, PASJ, in press
arXiv: 1504.05589• Subaru Deep Field (SDF) 領域に存在する118個の[OII]輝線銀河＠z~1.5 を、すばる望遠鏡/FMOSを用いて近赤外線分光• ６個の静止系可視域の輝線: [OII], Hb, [OIII], Ha, [NII], [SII]• 輝線強度比から、星間電離ガスの物理状態を調べた
 強い [OIII] 輝線- 近傍銀河と比べて、[OIII]/[OII]輝線比が大きい- 低質量銀河ほど、[OIII]/[OII]輝線比が大きい (星質量依存性)
 高いイオン化パラメーター- 若い星種族によるハードな輻射場- 大質量星からの電離光子の数の増加に起因すると考えらえる

 Ha と [OII] に強い相関 (ただし、Ha/[OII]は星質量や[OIII]/[OII]にも依存)- [OII]光度はz~1.5でも星形成率の指標として有効
金属量の見積もりや議論においては、イオン化パラメーターやN/O存在比の赤方偏移進化を考慮することが重要である“Physical conditions of the interstellar medium in star-forming galaxies at z~1.5”, Masao Hayashi