[論文レビュー] Scaling relations of cluster elliptical galaxies at z~1.3. Distinguishing luminosity and structural evolution

P. Saracco, A. Casati+11 more|arXiv (Cornell University)|Jan 22, 2014

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 83被引用数 16

ひとこと要約

本研究では、z~1.3における16個の巨大銀河団楕円銀河を、サイズ-表面輝度およびサイズ-質量スケーリング関係を用いて、その進化状態を評価した。ローカル銀河団サンプルと比較することで、これらの銀河はすでに大部分の星形成質量を蓄積しており、ローカルスケーリング関係を破るような大きなサイズや質量の進化を経験できないことが判明した。これは、サイズ進化が主に楕円銀河ではなく、ディスク銀河によって駆動されていることを示唆している。

ABSTRACT

[Abridged] We studied the size-surface brightness and the size-mass relations of a sample of 16 cluster elliptical galaxies in the mass range 10^{10}-2x10^{11} M_sun which were morphologically selected in the cluster RDCS J0848+4453 at z=1.27. Our aim is to assess whether they have completed their mass growth at their redshift or significant mass and/or size growth can or must take place until z=0 in order to understand whether elliptical galaxies of clusters follow the observed size evolution of passive galaxies. To compare our data with the local universe we considered the Kormendy relation derived from the early-type galaxies of a local Coma Cluster reference sample and the WINGS survey sample. The comparison with the local Kormendy relation shows that the luminosity evolution due to the aging of the stellar content already assembled at z=1.27 brings them on the local relation. Moreover, this stellar content places them on the size-mass relation of the local cluster ellipticals. These results imply that for a given mass, the stellar mass at z~1.3 is distributed within these ellipticals according to the same stellar mass profile of local ellipticals. We find that a pure size evolution, even mild, is ruled out for our galaxies since it would lead them away from both the Kormendy and the size-mass relation. If an evolution of the effective radius takes place, this must be compensated by an increase in the luminosity, hence of the stellar mass of the galaxies, to keep them on the local relations. We show that to follow the Kormendy relation, the stellar mass must increase as the effective radius. However, this mass growth is not sufficient to keep the galaxies on the size-mass relation for the same variation in effective radius. Thus, if we want to preserve the Kormendy relation, we fail to satisfy the size-mass relation and vice versa.

研究の動機と目的

• z~1.3における巨大銀河団楕円銀河が、すでに星形成質量の蓄積を完了しているか、まだ進化中であるかを特定すること。
• 観測された非活性銀河のサイズ進化が、個々の楕円銀河の進化によって駆動されているのか、それとも他の銀河タイプによって駆動されているのかを評価すること。
• 光度および構造的進化が、ローカルスケーリング関係（Kormendy関係およびサイズ-質量関係）を破らない範囲で共存可能かどうかを検証すること。
• 高赤方偏移銀河団楕円銀河をローカル銀河団サンプルと比較することで、質量、サイズ、光度の進化を解きほぐすこと。
• 類似した赤方偏移における場所銀河の楕円銀河と比較して、銀河団環境が異なる進化を引き起こすかどうかを評価すること。

提案手法

• F850LPバンドのACS画像を用いて、GALFITを用いてSersicプロファイルにフィットすることで、有効半径、表面輝度、全等級を測定した。
• 表面輝度の5マグニチュード以上にわたり表面輝度プロファイルをフィットし、構造的パラメータの推定を安定化させた。
• ローカル基準サンプル（Coma銀河団およびWINGS調査）と比較することで、Kormendy関係およびサイズ-質量関係における進化を評価した。
• 星形成パラメータ推定のため、星形成パラメータ合成モデル（BC03およびCB07）を用いて、光度からの年齢および星形成質量を推定した。
• 純粋なサイズ進化、純粋な光度進化、および併存進化の各シナリオをローカルスケーリング関係と照らし合わせて、進化経路を検証した。
• さまざまな進化シナリオ下で、観測された銀河がローカル関係と整合するかを評価し、許容可能な進化経路を制限した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z~1.3における巨大銀河団楕円銀河は、すでに星形成質量の蓄積を完了しているのか、それともまだ進化中なのか？
• RQ2 非活性銀河の観測されたサイズ進化は、個々の楕円銀河が時間経過とともにサイズを増大させることによって説明可能か？
• RQ3 非活性銀河の観測されたサイズ進化は、主に楕円銀河によって駆動されているのか、それとも他の形態的タイプによって駆動されているのか？
• RQ4 z~1.3における銀河団楕円銀河は、ローカルの楕円銀河と同一のKormendy関係およびサイズ-質量関係に従うのか？ これはその進化歴に何を示唆するか？
• RQ5 類似した赤方偏移における場所銀河の楕円銀河と比較して、銀河団楕円銀河の進化行動に差異があるか？

主な発見

• 被動星形成パラメータの年齢化を考慮した場合、観測された銀河はローカルのKormendy関係上に位置しており、これは光度進化のみでローカルスケーリング関係に一致していることを示している。
• z~1.3における星形成質量は、ローカルの楕円銀河と同一の星形成質量プロファイルに分布しており、質量分布における顕著な構造的進化がないことを示唆している。
• 純粋なサイズ進化（すなわち、わずかなものでさえ）は除外される。なぜなら、それらはKormendy関係およびサイズ-質量関係の両方から逸脱してしまうからである。
• サイズの増加は、それに伴う光度および星形成質量の増加によって相殺されなければならないが、そのような組み合わせは両方の関係を同時に満たさない。
• Kormendy関係およびサイズ-質量関係の両方からの制約により、これらの銀河はサイズや質量を顕著に増大させることはできず、z~1.3時点ですでに大部分の質量集積を完了していることが示唆される。
• 結果から、非活性銀河の観測されたサイズ進化は楕円銀河によって駆動されているのではなく、主にディスク銀河によって駆動されていると考えられ、他の研究とも整合的である。