[論文レビュー] On the buildup of massive early-type galaxies at z≲1 I. Reconciling their hierarchical assembly with mass downsizing

M. C. Eliche‐Moral, M. Prieto+7 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 246被引用数 28

ひとこと要約

本研究では、赤方偏移 z ≲1 における質量的初期型銀河（mETG）の構築を、観測された合体率のみを用いて時間の遡及的追跡を行う半解析的モデルを通じて、主な合体（湿った、混合、乾いた）がその要因であるかを検証する。モデルは複数のバンドおよび形態における観測された等級関数を的確に再現し、現在のmETGの約50–60％が、主に z ≈1 から z ≈0.8 の間に発生した階層的合体によって形成されることを示している。これにより、階層的合体と質量のダウンサイズ現象の間にある表面的な矛盾が、ほこりで赤く染まった星形成銀河（DSF）による観測的汚染を考慮することで解消される。

ABSTRACT

Context. Several studies have tried to ascertain whether the increase in abundance of the early-type galaxies (E-S0a's) with time is mainly due to major mergers, but have reached opposite conclusions. Aims. We have tested it directly through semi-analytical modelling, quantifying the possible contribution of the observed major mergers to the evolution of the high-mass end of the galaxy luminosity function (LF). Methods. The model analyses the backwards-in-time evolution of the massive early-type galaxies with log(M_*/M_⨀) > 11 at z∼0 (mETGs) under the hypothesis that each major merger leads to an early-type galaxy. The model considers only the major mergers strictly reported by observations at each redshift and assumes that gas-rich major mergers experience transitory phases as dust-reddened, star-forming galaxies (DSFs). Results. The model is able to reproduce the observed evolution of the galaxy LFs at z ≲ 1 simultaneously for different rest-frame bands (B, I, and K) and for different selection criteria on colour and morphology. It also provides a framework in which apparently contradictory results on the recent evolution of the LF of massive red galaxies can be reconciled, just considering that observed samples of red galaxies can be significantly contaminated by DSFs. The model proves that it is feasible to build up ∼50-60% of the present-day number density of mETGs at z≲1 through the coordinated action of wet, mixed, and dry major mergers, fulfilling global trends that are in general agreement with mass downsizing. The bulk of this assembly takes place during ∼1 Gyr elapsed at 0.8 < z < 1, providing a straightforward explanation for the observed fact that redshift z ∼ 0.8 is a transition epoch in the formation of mETGs. The gas-rich progenitors of these recently assembled mETGs reproduce the observed excess by a factor of ∼4-5 of late-type galaxies at 0.8 < z < 1 naturally, as compared to pure luminosity evolution (PLE) models. Conclusions. The model suggests that major mergers have been the main driver for the observed mass migration from the massive end of the blue galaxy cloud to that of the red sequence in the past ∼8 Gyr.

研究の動機と目的

• 観測された主な合体のみが、z ≲1 における質量的初期型銀河（mETG）の構築を説明できるかどうかを検証すること。
• 階層的銀河形成と質量のダウンサイズ現象の間にある表面的な矛盾を解消すること。
• 観測バイアス（特に先行銀河バイアスと、ほこりで赤く染まった星形成銀河（DSF）による汚染）が、mETGの等級関数の進化を解釈する際に与える影響を評価すること。
• z ≈1 までに観測されたmETGの数密度に顕著な進化が見られないのは、本質的な進化の結果か、観測的系の影響によるものかを特定すること。

提案手法

• モデルは、z ≈0 から z ≈1 までに、観測された各赤方偏移における合体率のみを用いて、mETG（log(M*/M⊙) > 11）の時間遡及的進化を追跡する。
• 各主な合体が新しいmETGを形成すると仮定し、ガスを多く含む合体は一時的なほこりで赤く染まった星形成（DSF）段階を経るとする。
• LSJ09 で得られた観測合体率を用いて、各赤方偏移領域における合体数を制約する。
• モデルは、rest-frame B、I、Kバンドにおける予測された等級関数（LF）を、色、形態、スペクトルタイプなどの異なる選別基準における観測データと比較する。
• local銀河サーベイ（GOYA）から得られた経験的関係を用いて、Bバンドとr∗バンド間の等級変換を実施し、ディスク銀河および初期型銀河の両方で M(B) ∝ M(r∗) と仮定する。
• N03 と C03 のデータを統合することで、観測された局所LFを形態的タイプ（E-S0a、Sa-Sabなど）に分解し、バンドおよび形態にわたる一貫性を確保する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z ≲1 におけるmETGの数密度の観測された増加は、追加の物理的過程を仮定せずに、観測された主な合体のみで説明可能か？
• RQ2 特にDSFによる汚染が、mETGの等級関数進化の解釈にどれほどバイアスを及えるか？
• RQ3 モデルは、階層的合体駆動の構築と、質量のダウンサイズ傾向（質量の大きな銀河がより早く形成される）をどのように統合するか？
• RQ4 現在のmETGの何パーセントが、z ≈1 から z ≈0.8 の間に発生した合体によって形成されるか？また、この構築のピークはいつか？
• RQ5 モデルは、純粋な等級関数進化（PLE）モデルと比較して、0.8 < z < 1 の間に観測された遅い形態の銀河の過剰（約4–5倍）を再現できるか？

主な発見

• モデルは、rest-frame B、I、KバンドにおけるmETGの等級関数（LF）の進化を、色、形態、スペクトルタイプなどの異なる選別基準においても的確に再現した。
• モデルは、現在のz ≲1 におけるmETGの数密度の約50–60％が、湿った、混合、乾いた主な合体の協働作用によって形成されることを示した。
• mETGの大部分の構築は、0.8 < z < 1 の狭い赤方偏移窓内に集中しており、これがz ≈0.8 がmETG形成における遷移的時代である理由を説明する。
• モデルは、ガス豊富な合体に伴う一時的なDSF段階のおかげで、0.8 < z < 1 における遅い形態の銀河の観測された約4–5倍の過剰を自然に再現した。
• モデルは、赤シーケンスサンプルにおけるDSFによる汚染が、mETGの数密度に顕著な進化がないように見えるのを模倣する可能性があることから、文献に見られる表面的な矛盾を解消した。
• 局所銀河における線形な M(B)–M(r∗) 関係の仮定は、残差が0.01未満であることを確認し、LFの分解および変換手順の妥当性を裏付けた。