[論文レビュー] Morphological Transformation and Star Formation Quenching of Massive Galaxies at 0.5 < z < 2.5 in 3D-HST/CANDELS

Shuang Liu, Yizhou Gu+5 more|arXiv (Cornell University)|Oct 25, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 113被引用数 5

ひとこと要約

本研究は、3D-HST/CANDELS調査の多波長データを用いて、赤方偏移 0.5 ≤ z ≤ 2.5 の大質量銀河（M∗ ≥ 10¹⁰ M⊙）における星形成停止と形態的変化を駆動する星質量、局所的環境、AGNフィードバックの相乗的相互作用を調査する。星形成停止は高赤方偏移では強く質量依存的であるが、低赤方偏移では環境依存的になるのに対し、形態的変化は主に質量によって駆動され、時間とともに強化され、AGNフィードバックは高赤方偏移では静止型の遅れ型（qLs）を形成するのに対し、低赤方偏移では星形成型の早期型（sEs）を形成するという、異なる役割を果たすことが判明した。

ABSTRACT

To figure out the effect of stellar mass and local environment on morphological transformation and star formation quenching in galaxies, we use the massive ($M_* \geq 10^{10} M_{\odot}$) galaxies at $0.5 \leq z \leq 2.5$ in five fields of 3D-HST/CANDELS. Based on the {\it UVJ} diagnosis and the possibility of possessing spheroid, our sample of massive galaxies are classified into four populations: quiescent early-type galaxies (qEs), quiescent late-type galaxies (qLs), star-forming early-type galaxies (sEs), and star-forming late-type galaxies (sLs). It is found that the quiescent fraction is significantly elevated at the high ends of mass and local environmental overdensity, which suggests a clear dependence of quenching on both mass and local environment. Over cosmic time, the mass dependence of galaxy quiescence decreases while the local environment dependence increases. The early-type fraction is found to be larger only at high-mass end, indicating a evident mass dependence of morphological transformation. This mass dependence becomes more significant at lower redshifts. Among the four populations, the fraction of active galactic nucleus (AGN) in the qLs peaks at $2<z \leq 2.5$, and rapidly declines with cosmic time. The sEs are found to have higher AGN fractions of $20-30\%$ at $0.5\leq z<2$ . The redshift evolution of AGN fractions in the qLs and sEs suggests that the AGN feedback could have played important roles in the formation of the qLs and sEs.

研究の動機と目的

• 大質量高赤方偏移銀河における星形成停止と形態的変化を駆動する星質量と局所的環境の役割を解明すること。
• 星形成停止と形態的変化のデゲネラシーを打破する赤いスパイラル銀河（qLs）と青い楕円銀河（sEs）の形成メカニズムを調査すること。
• AGNフィードバック（正および負の両方の寄与）が、異なる銀河集団の進化経路に与える寄与を評価すること。
• 静止型および形態的分率の赤方偏移依存的進化を定量的に評価し、変換プロセスの timescales を特定すること。

提案手法

• UVJ診断法および球状構造確率を用いて、5つの3D-HST/CANDELS領域における大質量銀河（M∗ ≥ 10¹⁰ M⊙）を4つのタイプ（静止型早期型：qEs、静止型遅れ型：qLs、星形成型早期型：sEs、星形成型遅れ型：sLs）に分類する。
• 3次元の適応的カーネル平滑化法を用いて局所的環境の過密度を測定し、銀河進化における局所密度の役割を評価する。
• 静止型および早期型分率の赤方偏移依存的傾向を分析し、質量および環境依存性の進化を評価する。
• 4つのサブサンプルそれぞれにおけるAGN分率を計算し、AGNフィードバックが星形成停止および形態的変化に与える役割を評価する。
• 集団分率の赤方偏移依存的進化を比較することで、平均的な変換および星形成停止 timescales を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 星形成停止が星質量および局所的環境に依存する割合が宇宙時間とともにどのように変化するか？
• RQ2 質量と環境のどちらが、大質量銀河の形態的変化を駆動する上で相対的に重要か？
• RQ3 なぜ静止型遅れ型（qLs）および星形成型早期型（sEs）銀河が存在するのか？ それらの形成を駆動するメカニズムは何か？
• RQ4 AGNフィードバック（正および負の両方のプロセス）は、qLsおよびsEsの形成にどのように寄与するか？

主な発見

• 静止型分率は高星質量および高局所過密度で顕著に増加しており、星形成停止に星質量および環境の両方の強い依存性があることが示唆される。
• 星形成停止の質量依存性は宇宙時間とともに減少するが、環境依存性はz < 1.0で初めて顕著になるため、星形成停止は質量駆動から環境駆動へとシフトしていることが示される。
• 形態的変化は強い質量依存性を示し、早期型分率は高質量でのみ上昇するが、この依存性は赤方偏移が低下するにつれて強化される。
• qLsにおけるAGN分率は2 < z ≤ 2.5でピークに達し（負のAGNフィードバックがその形成を駆動すると示唆）、時間とともに急激に減少する。一方、sEsでは0.5 ≤ z < 2で20–30%のAGN分率を示しており、正のAGNフィードバックがその形成を駆動している可能性がある。
• qLsの形成は高赤方偏移（z > 2）では負のAGNフィードバックが主因であると考えられ、z < 1.5では環境的星形成停止が支配的になる。