[論文レビュー] Evolution of Galaxy Luminosity and Stellar-Mass Functions since $z=1$ with the Dark Energy Survey Science Verification Data

D. Capozzi, J. Etherington+61 more|arXiv (Cornell University)|Jul 27, 2017

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、ダークエネルギー宇宙背景放射の科学的検証データを用いて、最初の均一な銀河の光度関数および星間質量関数の分析を実施した。光度赤方偏移を用いて、z=1からz=0への進化を追跡した。光度密度は赤方偏移に伴いほとんど一定であり、星間質量密度は減少する傾向にあり、これは上位からの質量合成を示唆している。高赤方偏移では、若い、より明るい星の集団が存在する。

ABSTRACT

We present the first study of the evolution of the galaxy luminosity and stellar-mass functions (GLF and GSMF) carried out by the Dark Energy Survey (DES). We describe the COMMODORE galaxy catalogue selected from Science Verification images. This catalogue is made of $\sim 4 imes 10^{6}$ galaxies at $0

研究の動機と目的

• z=1からz=0への銀河光度関数および星間質量関数（GLFおよびGSMF）の進化を、一貫性があり統計的に信頼できるデータセットを用いて測定すること。
• スペクトロスコピック結果と比較して、光度赤方偏移確率密度関数（photo-z PDF）がGLFおよびGSMFを導出する際の信頼性を検証すること。
• 銀河の質量合成歴を調査し、それが階層的（下位からの）または反階層的（上位からの）パターンに従うかどうかを評価すること。
• 観測されたGLFおよびGSMFを理論的モデルおよびシミュレーションと比較し、モデルの性能を評価すること。
• ~155平方度の連続的な調査領域とiバンドの限界等級i=23マグニチュードを用いて、宇宙的分散の影響を最小限に抑えること。

提案手法

• DES科学的検証データから、~155平方度にわたる領域に約4×10⁶個の銀河を含むCOMMODORE銀河カタログを構築した。赤方偏移0 < z ≤ 1.3を対象とした。
• 光度赤方偏移確率密度関数（photo-z PDF）を用いて赤方偏移を推定し、銀河を赤方偏移チャンクに割り当てた。
• 観測データに二重Schechter関数をフィットして、iバンド銀河光度関数（GLF）および星間質量関数（GSMF）を測定した。
• GAMAおよびPRISMなどのスペクトロスコピック調査と比較することで、photo-z PDF手法のキャリブレーションおよび妥当性を確認した。
• フィットされたGLFおよびGSMFを用いて、赤方偏移関数としての光度および星間質量密度（ρ_Lおよびρ_Mstar）を計算した。
• 系統的バイアスおよびモデルの頑健性を評価するために、同じ手法を用いてDESに類似した銀河のシミュレーションを分析した一貫性チェックを実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 一貫性があり宇宙的分散が小さいデータセットにおいて、z=1からz=0にかけて銀河の光度関数および星間質量関数はどのように進化するか？
• RQ2 スペクトロスコピック赤方偏移と比較して、光度赤方偏移PDFがGLFおよびGSMFの測定にどの程度信頼できるか？
• RQ3 銀河の星間質量の合成は、宇宙時間の経過とともに階層的（下位からの）または反階層的（上位からの）パターンに従うか？
• RQ4 観測された光度および星間質量密度は赤方偏移とともにどのように変化するか？また、星の集団の形成 timescale に何を示唆するか？
• RQ5 理論的モデルは、観測されたGLFおよびGSMFの形状およびその赤方偏移による進化をどの程度再現できるか？

主な発見

• z < 0.2におけるiバンド銀河光度関数（GLF）および星間質量関数（GSMF）は、両方とも二重Schechter形状を示し、スペクトロスコピック測定と整合的である。
• DESが得たGSMFは、z ~ 1までGAMAおよびPRISM調査の結果とよく一致しており、光度赤方偏移手法の妥当性が裏付けられた。
• 光度密度（ρ_L）は赤方偏移に伴いほとんど一定であり、ρ_L ∝ (1+z)^{-0.12±0.11} のスケーリングを示し、全iバンド光出力に顕著な変化がないことを示している。
• 星間質量密度（ρ_Mstar）は赤方偏移とともに減少し、ρ_Mstar ∝ (1+z)^{-0.5±0.1} のスケーリングを示しており、低赤方偏移で質量の成長が継続していることを示している。
• GSMFの進化は上位からのパターンを示しており、より質量の大きな銀河が早期に星間質量を形成したことが確認され、反階層的質量合成と整合的である。
• 質量密度の減少にもかかわらず顕著な光度進化が見られないことから、高赤方偏移銀河には若い、より明るい星の集団が存在し、光度の損失を相殺していることが示唆される。