[論文レビュー] Galaxy Mergers in the Epoch of Reionization I: A JWST Study of Pair Fractions, Merger Rates, and Stellar Mass Accretion Rates at $z = 4.5-11.5$

Qiao Duan, Christopher J. Conselice+31 more|arXiv (Cornell University)|Jul 12, 2024

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 6

ひとこと要約

Duan らは z=4.5 から 11.5 までのJWST フィールド全体で、確率的な近接ペア法を用い、高 redshift な大規模な合併ペア分数、合併率、そして恒星質量の蓄積を測定する。

ABSTRACT

We present a full analysis of galaxy major merger pair fractions, merger rates, and mass accretion rates, thus uncovering the role of mergers in galaxy formation at the earliest previously unexplored epoch of $4.5

研究の動機と目的

• 初期宇宙の銀河形成と組み立てを駆動するのが合併であるという理解を促進する。
• z=4.5–11.5 における合併によるペア分数、合併率、および恒星質量の蓄積を定量化する。
• フォトメトリック赤方偏移後方確率を用いた確率的な近接ペア手法を開発・適用し、合併候補を頑健に同定する。
• 初期宇宙における全体的な恒星質量成長への合併の寄与を、内部星形成と比較して評価する。

提案手法

• 合計 189.36 アーク分角の 8 つの JWST Cycle-1 フィールド（CEERS、JADES GOODS-S、NEP-TDF、NGDEEP、GLASS、El-Gordo、SMACS-0723、MACS-0416）を使用する。
• 物理的射影分離 20–50 kpc を有する近接ペアを識別するため、完全なフォトメトリック赤方偏移後方確率を組み込んだ確率的ペア計数法を採用する。
• log10(M*/M_sun) が 8.0 〜 10.0 の恒星質量選択を課し、完備性補正を含む主要合併の質量比の閾値(mu > 1/4) を適用する。
• 赤方偏移の事後確率全体にわたって射影、線状視線、質量選択基準を組み合わせてペア確率関数を計算し、最終的なペア分数を得るために積分する。
• 推定されたペア統計から合併率と恒星質量蓄積を導出し、距離スケールには Planck 2018 宇宙論を仮定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z=4.5 から z=11.5 までの大規模銀河ペア分数の進化はどうなるか？
• RQ2 銀河の合併率は z=4.5–11.5 の間でどのように進化し、どこでピークまたは平坦化するのか？
• RQ3 これらの時代における恒星質量成長に対する合併の寄与は、現場内星形成と比較してどうか？
• RQ4 赤方偏異なる事後確率を統合した確率的アプローチは、高赤方偏移での真の合併ペアを識別する頑健性にどう影響するか？

主な発見

• ペア分数は z ≈ 8 まで上昇し、0.211±0.065 に達した後、z=11.5 までおおむね平坦になる。
• 合併率は局所宇宙から z≈6 まで増加し、z=11.5 まで約 6 Gyr^-1 で安定する。
• ペア分数と合併率の赤方偏移進化を説明するには、べき乗則＋指数モデルが単純なべき乗則よりも特に z=8–11.5 で適している。
• 平均して、galaxy は z=10.5 から z=5.0 までの間、合併によって恒星質量を 2.77±0.99 倍に増加させる。
• 合併はガスからの星形成による恒星質量成長と比較して 71±25% の寄与しかなく、高赤方偏移時の銀河組み立ての半分程度を合併が担っていることを示している。