[論文レビュー] Star formation histories of UV-luminous galaxies at $z \simeq 6.8$: implications for stellar mass assembly at early cosmic times

Lily Whitler, Daniel P. Stark+4 more|arXiv (Cornell University)|Jun 10, 2022

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、2つの独立したコードを用いたSEDモデリングにより、z ≈ 6.8におけるUV輝度の高い銀河の星形成歴（SFH）を分析し、星族の中央値年齢が30–70 Myrであることを明らかにした。15–30%の銀河が極めて若く（≤10 Myr）、20–25%が古く（≥250 Myr）あることが判明し、初期の星質量集積が顕著であることを示唆するとともに、モデルの不確実性を解消するためのJWSTの必要性を強調している。

ABSTRACT

The variety of star formation histories (SFHs) of $z\gtrsim6$ galaxies provides important insights into early star formation, but has been difficult to systematically quantify. Some observations suggest that many $z\sim6-9$ galaxies are dominated by $\gtrsim200$ Myr stellar populations, implying significant star formation at $z\gtrsim9$, while others find that most reionization era galaxies are $\lesssim10$ Myr, consistent with little $z\gtrsim9$ star formation. Here, we quantify the distribution of ages of UV-bright ($-22.5\lesssim M_{UV}\lesssim-21$) galaxies colour-selected to lie at $z\simeq6.6-6.9$, an ideal redshift range to systematically study the SFHs of reionization era galaxies with ground-based observatories and Spitzer. We infer galaxy properties with two SED modelling codes and compare results, finding that stellar masses are largely insensitive to the model, but the inferred ages can vary by an order of magnitude. We infer a distribution of ages assuming a simple, parametric SFH model, finding a median age of $\sim30-70$ Myr depending on SED model. We quantify the fractions of $\leq10$ Myr and $\geq250$ Myr galaxies, finding that these systems comprise $\sim15-30$ percent and $\sim20-25$ percent of the population, respectively. With a flexible SFH model, the shapes of the SFHs are consistent with those implied by the simple model (e.g. young galaxies have rapidly rising SFHs). However, stellar masses can differ significantly, with those of young systems sometimes being more than an order of magnitude larger with the flexible SFH. We quantify the implications of these results for $z\gtrsim9$ stellar mass assembly and discuss improvements expected from JWST.

研究の動機と目的

• z ≈ 6.8におけるUV輝度の高い銀河の星族年齢分布を定量化すること。この赤方偏移範囲は地上およびスパイクァー観測に最適である。
• 異なるSEDモデリングコードとSFHパラメータ化に対する推定された星質量および年齢の妥当性を評価すること。
• z ≳ 9における星質量集積に及ぼすこれらのSFHの意味を調査すること。この範囲では直接観測が制限されている。
• 柔軟なSFHモデルが推定される銀河の性質、特に星質量および年齢に与える影響を評価すること。

提案手法

• Subaru/HSC、VISTA/IRAC、Spitzer/IRACの光度データを用いて、ProspectorおよびBEAGLEという2つの独立したコードによるSEDモデリングを実施した。
• 中央値年齢および年齢分布を推定するために、単純なパラメトリックSFHモデル（指数的上昇または定常）を用いた。
• 星形成率履歴に基づく柔軟なSFHモデルを適用し、単純モデルからのずれを評価した。
• 多バンド光度データを用いて赤方偏移を制約し、特にネーブル線幅発光線による汚染を最小限に抑えることに重点を置いた。
• ベイズ推論を用いて星質量および年齢を導出し、不確実性の伝播にはネステッドサンプリング（MultiNest）およびダイナミックネステッドサンプリング（dynesty）を用いた。
• 両コードの結果を比較し、特に若年および高年齢銀河における推定特性の系統的差を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z ≈ 6.8におけるUV輝度の高い銀河の星族年齢分布は何か？ また、SEDモデリングの仮定にどのように依存するか？
• RQ2 z ≈ 6.8銀河の推定された星質量および年齢は、SFHパラメータ化（単純対柔軟）の選択にどのように依存するか？
• RQ3 z ≈ 6.8銀河の何パーセントが≤10 Myrまたは≥250 Myrの年齢と整合的であり、これはz ≳ 9における星形成に何を示唆するか？
• RQ4 ネーブル発光線の寄与が、この赤方偏移範囲における星質量推定にどの程度影響を及えるか？
• RQ5 これらの結果は、z ≳ 9における星質量集積をどの程度制約するか？ また、JWSTによるどのような改善が期待されるか？

主な発見

• UV輝度の高い銀河の星族中央値年齢は、使用したSEDモデリングコードによって30–70 Myrの範囲で推定された。
• サンプルの約15–30%が星族が≤10 Myrであると整合的であり、継続的または非常に最近の星形成を示唆している。
• 約20–25%の銀河が推定年齢≥250 Myrであることが判明し、z ≳ 9における顕著な星形成活動を示唆している。
• 柔軟なSFHモデルから得られる星質量は、単純モデルから得られるものと比較して、特に若年銀河では10倍以上も異なることがある。
• 柔軟モデルからのSFHの形状は、単純モデルから推定されたものと同様に急激に上昇する星形成歴と整合的である。
• 本研究は、SEDモデリング結果の妥当性を検証し、初期銀河進化の現在の不確実性を解消するための、ALMAやJWSTによる独立した質量測定の重要性を強調している。