[論文レビュー] Physical properties of galaxies and their evolution in the VIMOS VLT Deep Survey. II. Extending the mass-metallicity relation to the range z=0.89-1.24

E. Pérez‐Montero, T. Contini+40 more|ArXiv.org|Nov 13, 2008

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 41被引用数 31

ひとこと要約

本研究は、VIMOS VLT Deep Surveyの深紫外分光観測を用いて、銀河の質量-金属 Horny関係を高い赤方偏移（z ≈ 0.89–1.24）まで拡張した。診断用発光線比率とO2Ne3の実験的補正法を組み合わせることで、z ≈ 1における金属 Hornyは、局所宇宙と比較して約0.3 dex低いことが確認された。z ≈ 0.7からz ≈ 1.0の間で、関係の勾配や形状に顕著な進化は認められなかった。

ABSTRACT

Aims. We present a continuation of our study about the relation between stellar mass and gas-phase metallicity in the VIMOS VLT Deep Survey (VVDS). In this work we extend the determination of metallicities up to redshift = 1.24 for a sample of 42 star-forming galaxies with a mean redshift value of 0.99. Methods. For a selected sample of emission-line galaxies, we use both diagnostic diagrams and empirical calibrations based on [OII] emission lines along with the empirical relation between the intensities of the [OIII] and [NeIII] emission lines and the theoretical ratios between Balmer recombination emission lines to identify star-forming galaxies and to derive their metallicities. We derive stellar masses by fitting the whole spectral energy distribution with a set of stellar population synthesis models. Results. These new methods allow us to extend the mass-metallicity relation to higher redshift. We show that the metallicity determinations are consistent with more established strong-line methods. Taken together this allows us to study the evolution of the mass-metallicity relation up to z = 1.24 with good control of systematic uncertainties. We find an evolution with redshift of the average metallicity of galaxies very similar to those reported in the literature: for a given stellar mass, galaxies at z = 1 have, on average, a metallicity = 0.3 dex lower than galaxies in the local universe. However we do not see any significant metallicity evolution between redshifts z = 0.7 (Paper I) and z = 1.0 (this paper). We find also the same flattening of the mass-metallicity relation for the most massive galaxies as reported in Paper I at lower redshifts, but again no apparent evolution of the slope is seen between z = 0.7 and z = 1.0.

研究の動機と目的

• 宇宙における星形成ピーク期に相当する、赤方偏移z ≈ 0.89–1.24の領域への質量-金属 Horny関係の測定を拡張すること。
• 観測的制約が乏しく、かつ矛盾する傾向がある赤方偏移z ≈ 0.7–1.0の範囲におけるM-Z関係の進化を評価すること。
• 高赤方偏移の星形成銀河におけるガス相金属 Hornyを推定するための、[O ii]および[Ne iii]発光線に基づくO2Ne3パラメータを用いた新規手法の妥当性を検証すること。
• 高赤方偏移における金属 Horny測定に及ぼす選択効果およびライン強度バイアスの系統的不確実性を定量化すること。

提案手法

• VIMOS VLT Deep Surveyから、[O ii]、[Ne iii]、およびHγまたはHδ発光線の信頼できる検出が得られた42個の星形成銀河を選択した。
• 星形成銀河の特定とAGN汚染の除外のために、[O ii]、[Ne iii]およびバルマー線比率に基づく診断図を用いた。
• 実験的O2Ne3パラメータ（[O ii]および[Ne iii]線強度の関係）を適用し、理論的Hβ/Hγ比と照合して酸素豊度を導出した。
• 星族合成モデルを用いて銀河の全スペクトルエネルギー分布（SED）をフィットし、不確実性が0.3 dex未満となるように星質量を導出した。
• 標準的な強線法による金属 HornyとO2Ne3で得られた金属 Hornyを比較し、一貫性を検証し、選択バイアスを評価した。
• 深紫外および広域の調査領域を分析することで、サンプルの均質性とフィールド依存の系統的誤差の有無を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z ≈ 0.7からz ≈ 1.0の間で、M-Z関係は勾配や正規化に関して顕著に進化するか？
• RQ2 弱い発光線を持つ高赤方偏移銀河における金属 Horny推定に、O2Ne3の実験的補正法はどれほど信頼できるか？
• RQ3 [O ii]および[Ne iii]線のSN比要件といった選択効果が、推定された金属 Horny分布にどれほど影響を及ぼすか？
• RQ4 観測された金属 Hornyの進化は、特に質量の大きな銀河に関して、階層的銀河形成モデルと整合的か？
• RQ5 同程度の赤方偏移における他の高赤方偏移調査（DEEP2およびGOODS）の結果と比較して、本研究の結果はどのように一致するか？

主な発見

• O2Ne3法は、標準的な強線補正法と一貫した金属 Horny推定値を提供しており、高赤方偏移研究への応用が妥当であることが検証された。
• z ≈ 1の銀河は、同様の星質量を持つ局所銀河と比較して、平均して約0.3 dex低い金属 Hornyを示しており、宇宙的化学進化を確認した。
• z ≈ 0.7からz ≈ 1.0の間で、M-Z関係の勾配や正規化に顕著な進化は認められず、サンプルサイズが小さいにもかかわらず同様の傾向が見られた。
• 質量の大きな銀河におけるM-Z関係の平坦化傾向は、高赤方偏移でも維持されており、論文Iで得られた低赤方偏移での結果と整合的である。
• 弱い発光線検出バイアスに起因する選択効果は、やや低金属 Horny銀河を優遇する可能性があるが、全体的な傾向に顕著な影響を与えない。
• DEEP2およびGOODS調査の独立した研究結果とも整合しており、両調査でもz ≈ 1における金属 Hornyが約0.2–0.3 dex低いことが報告されている。