[論文レビュー] Probing early-type galaxy evolution with the Kormendy relation

B. Ziegler, R. P. Saglia+4 more|arXiv (Cornell University)|Mar 15, 1999

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 1被引用数 7

ひとこと要約

本研究は、赤方偏移 z=0.4–0.55 の遠方銀河団における早期型銀河（E/S0/Sa）の進化を、静止系BバンドにおけるKormendy関係（μₑ–logRₑ）を用いて調査している。HSTの表面輝度プロファイルを分析し、現実的なK補正を適用することで、赤方偏移とともに関係の勾配に顕著な変化は認められず、また光度の進化は z₈ > 2 のパassing進化モデルおよび低レベルの継続的星形成（時定数τ ≈ 1 Gyr）と両立している。

ABSTRACT

We investigate the evolution of early-type galaxies in four clusters at z=0.4 (Abell370, Cl0303+17, Cl0939+47 and Cl1447+26) and in one at z=0.55 (Cl0016+16). The galaxies are selected according to their spectrophotometrically determined spectral types and comprise the morphological classes E, S0 and Sa galaxies. Structural parameters are determined by a two-component fitting of the surface brightness profiles derived from HST images. Exploring a realistic range of K-corrections using Bruzual and Charlot models, we construct the rest-frame B-band Kormendy relations (mu_e-log(R_e)) for the different clusters. We do not detect a systematic change of the slope of the relation as a function of redshift. We discuss in detail how the luminosity evolution, derived by comparing the Kormendy relations of the distant clusters with the local one for Coma, depends on various assumptions and give a full description of random and systematic errors by exploring the influences of selection bias, different star formation histories and K-corrections. Early-type galaxies with modest disk components (S0 and Sa) do not differ significantly in their evolution from disk-less ellipticals. The observed luminosity evolution is compatible with pure passive evolution models (with redshift of formation z>2) but also with models that allow ongoing star formation on a low level, like exponentially decaying star formation models with an e-folding time of tau=1 Gyr.

研究の動機と目的

• 赤方偏移 z ≈ 0.4–0.55 の早期型銀河（E, S0, Sa）の構造的および光度的進化を、Kormendy関係を用いて調査すること。
• Kormendy関係の勾配が赤方偏移とともに進化するかどうかを検証し、銀河形成・進化モデルをテストすること。
• 選択バイアス、星形成歴、K補正の影響が推定される光度進化に及ぼす影響を評価すること。
• 遠方銀河団における観測されたKormendy関係を、局所のComa銀河団の関係と比較し、進化モデルを制約すること。

提案手法

• HST画像を用いた分光的スペクトルタイプから、赤方偏移 z ≈ 0.4 の4つの銀河団および z ≈ 0.55 の1つの銀河団で早期型銀河を選別した。
• 有効半径（Rₑ）および表面輝度（μₑ）を導出するため、バルクとディスクの2成分モデルで表面輝度プロファイルをフィットした。
• 観測された等級を静止系Bバンドに変換するために、Bruzual & Charlotの星族合成モデルを用いた現実的なK補正を適用した。
• 各銀河団について静止系BバンドのKormendy関係（μₑ 対 logRₑ）を構築し、局所のComa銀河団の関係と比較した。
• 選択バイアス、星形成歴の変動、K補正の不確実性を含む、システム的およびランダム誤差をモンテカルロシミュレーションにより評価した。
• 観測データと比較して、純粋なパassing進化モデルおよび指数関数的に減少する星形成（τ = 1 Gyr）を含む進化モデルを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 赤方偏移 z ≈ 0.4 から z ≈ 0.55 の間で、早期型銀河におけるKormendy関係の勾配は進化するか？
• RQ2 早期型銀河の観測された光度進化は、パassing進化モデルとアクティブな星形成モデルの予測とどのように一致するか？
• RQ3 選択効果、K補正、星形成歴の仮定が、推定される進化に及ぼす影響はどの程度か？
• RQ4 わずかなディスク成分を有するS0およびSa銀河は、高赤方偏移において純粋な楕円銀河（E）と進化的に異なるか？
• RQ5 遠方銀河団におけるKormendy関係は、早期型銀河の形成赤方偏移 z₈ にどのような制約を課すか？

主な発見

• 局所のComa銀河団と比較して、赤方偏移 z ≈ 0.4–0.55 の遠方銀河団におけるKormendy関係の勾配に顕著な進化は検出されなかった。
• 観測された光度進化は、形成赤方偏移 z₈ > 2 を仮定したパassing進化モデルと一致している。
• データは、τ ≈ 1 Gyr の指数関数的減少星形成を伴うモデルとも両立している。
• わずかなディスク成分を有するS0およびSa銀河は、純粋な楕円銀河と顕著な進化的差異を示さなかった。
• K補正および選択バイアスに起因するシステム的不確実性は定量的に評価され、モデル枠組み内で管理可能であることが判明した。
• 本研究は、正確なK補正と構造モデリングを組み合わせた場合、Kormendy関係が銀河進化を探る強力なツールであることを示している。