EMPRESS. IX. Extremely Metal-Poor Galaxies are Very Gas-Rich Dispersion-Dominated Systems: Will JWST Witness Gaseous Turbulent High-z Primordial Galaxies? - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Pré-Publication, Document De Travail Année : 2022

EMPRESS. IX. Extremely Metal-Poor Galaxies are Very Gas-Rich Dispersion-Dominated Systems: Will JWST Witness Gaseous Turbulent High-z Primordial Galaxies?

Yuki Isobe
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Masami Ouchi
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Kimihiko Nakajima
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Shinobu Ozaki
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John H. Wise
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Yi Xu
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Eric Emsellem
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Haruka Kusakabe
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Takashi Hattori
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Tohru Nagao
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Gen Chiaki
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Hajime Fukushima
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Yuichi Harikane
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Kohei Hayashi
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Yutaka Hirai
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Ji Hoon Kim
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Michael V. Maseda
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Kentaro Nagamine
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Takatoshi Shibuya
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Yuma Sugahara
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Hidenobu Yajima
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Shohei Aoyama
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Seiji Fujimoto
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Keita Fukushima
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Shun Hatano
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Akio K. Inoue
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Tsuyoshi Ishigaki
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Masahiro Kawasaki
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Takashi Kojima
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Yutaka Komiyama
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Shuhei Koyama
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Yusei Koyama
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Chien-Hsiu Lee
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Akinori Matsumoto
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Ken Mawatari
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Takashi J. Moriya
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Kentaro Motohara
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Kai Murai
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Moka Nishigaki
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Masato Onodera
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Yoshiaki Ono
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Michael Rauch
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Tomoki Saito
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Akihiro Suzuki
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Tsutomu T. Takeuchi
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Hiroya Umeda
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Masayuki Umemura
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Kuria Watanabe
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Kiyoto Yabe
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Yechi Zhang
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Résumé

We present kinematics of 6 local extremely metal-poor galaxies (EMPGs) with low metallicities ($0.016-0.098\ Z_{\odot}$) and low stellar masses ($10^{4.7}-10^{7.6} M_{\odot}$). Taking deep medium-high resolution ($R\sim7500$) integral-field spectra with 8.2-m Subaru, we resolve the small inner velocity gradients and dispersions of the EMPGs with H$\alpha$ emission. Carefully masking out sub-structures originated by inflow and/or outflow, we fit 3-dimensional disk models to the observed H$\alpha$ flux, velocity, and velocity-dispersion maps. All the EMPGs show rotational velocities ($v_{\rm rot}$) of 5--23 km s$^{-1}$ smaller than the velocity dispersions ($\sigma_{0}$) of 17--31 km s$^{-1}$, indicating dispersion-dominated ($v_{\rm rot}/\sigma_{0}=0.29-0.80<1$) systems affected by inflow and/or outflow. Except for two EMPGs with large uncertainties, we find that the EMPGs have very large gas-mass fractions of $f_{\rm gas}\simeq 0.9-1.0$. Comparing our results with other H$\alpha$ kinematics studies, we find that $v_{\rm rot}/\sigma_{0}$ decreases and $f_{\rm gas}$ increases with decreasing metallicity, decreasing stellar mass, and increasing specific star-formation rate. We also find that simulated high-$z$ ($z\sim 7$) forming galaxies have gas fractions and dynamics similar to the observed EMPGs. Our EMPG observations and the simulations suggest that primordial galaxies are gas-rich dispersion-dominated systems, which would be identified by the forthcoming James Webb Space Telescope (JWST) observations at $z\sim 7$.

Dates et versions

hal-03837477 , version 1 (02-11-2022)

Identifiants

Citer

Yuki Isobe, Masami Ouchi, Kimihiko Nakajima, Shinobu Ozaki, Nicolas F. Bouché, et al.. EMPRESS. IX. Extremely Metal-Poor Galaxies are Very Gas-Rich Dispersion-Dominated Systems: Will JWST Witness Gaseous Turbulent High-z Primordial Galaxies?. 2022. ⟨hal-03837477⟩
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