EMPRESS. IX. Extremely Metal-Poor Galaxies are Very Gas-Rich Dispersion-Dominated Systems: Will JWST Witness Gaseous Turbulent High-z Primordial Galaxies?
Yuki Isobe
,
Masami Ouchi
,
Kimihiko Nakajima
,
Shinobu Ozaki
,
Nicolas F. Bouché
(1)
,
John H. Wise
,
Yi Xu
,
Eric Emsellem
,
Haruka Kusakabe
,
Takashi Hattori
,
Tohru Nagao
,
Gen Chiaki
,
Hajime Fukushima
,
Yuichi Harikane
,
Kohei Hayashi
,
Yutaka Hirai
,
Ji Hoon Kim
,
Michael V. Maseda
,
Kentaro Nagamine
,
Takatoshi Shibuya
,
Yuma Sugahara
,
Hidenobu Yajima
,
Shohei Aoyama
,
Seiji Fujimoto
,
Keita Fukushima
,
Shun Hatano
,
Akio K. Inoue
,
Tsuyoshi Ishigaki
,
Masahiro Kawasaki
,
Takashi Kojima
,
Yutaka Komiyama
,
Shuhei Koyama
,
Yusei Koyama
,
Chien-Hsiu Lee
,
Akinori Matsumoto
,
Ken Mawatari
,
Takashi J. Moriya
,
Kentaro Motohara
,
Kai Murai
,
Moka Nishigaki
,
Masato Onodera
,
Yoshiaki Ono
,
Michael Rauch
,
Tomoki Saito
,
Rin Sasaki
,
Akihiro Suzuki
,
Tsutomu T. Takeuchi
,
Hiroya Umeda
,
Masayuki Umemura
,
Kuria Watanabe
,
Kiyoto Yabe
,
Yechi Zhang
Yuki Isobe
- Fonction : Auteur
Masami Ouchi
- Fonction : Auteur
Kimihiko Nakajima
- Fonction : Auteur
Shinobu Ozaki
- Fonction : Auteur
Nicolas F. Bouché
- Fonction : Auteur
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- IdHAL : nicolas-bouche-1
- ORCID : 0000-0003-0068-9920
- IdRef : 202999246
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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Gen Chiaki
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Hajime Fukushima
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Yuichi Harikane
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Yutaka Hirai
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Takashi J. Moriya
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Kentaro Motohara
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Tomoki Saito
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Rin Sasaki
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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 $z\sim 7$.