[論文レビュー] Strong size evolution of the most massive galaxies since z~2

Ignacio Trujillo, Christopher J. Conselice+4 more|Sep 5, 2007

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 6

ひとこと要約

本研究は、Palomar/DEEP2調査およびHST/ACSからの深宇宙画像を用いて、z ∼ 2で観測された831個の非常に巨大銀河（M⋆ ≥ 10¹¹ h₇₀⁻² M☉）のサイズ進化を分析する。特に、球状構造の銀河において顕著なサイズ進化が見られ、z ∼ 1.5における質量の大きなシステムは、現在の対応する銀河と比べて4倍小さく（密度は約100倍高い）ことが判明。これは、宇宙時間の経過とともにドライ合体によってサイズが拡大したことを示唆し、純粋な単一形成シナリオを否定する。

ABSTRACT

Using the combined capabilities of the large near-infrared Palomar/DEEP-2 survey, and the superb resolution of the ACS HST camera, we explore the size evolution of 831 very massive galaxies (M*>10^{11}h_{70}^{-2}M_sun) since z~2. We split our sample according to their light concentration using the Sersic index n. At a given stellar mass, both low (n<2.5) and high (n>2.5) concentrated objects were much smaller in the past than their local massive counterparts. This evolution is particularly strong for the highly concentrated (spheroid-like) objects. At z~1.5, massive spheroid-like objects were a factor of 4(+-0.4) smaller (i.e. almost two orders of magnitudes denser) than those we see today. These small sized, high mass galaxies do not exist in the nearby Universe, suggesting that this population merged with other galaxies over several billion years to form the largest galaxies we see today.

研究の動機と目的

• z ∼ 2以降の宇宙時間における、最も巨大な銀河（M⋆ ≥ 10¹¹ h₇₀⁻² M☉）のサイズ進化を調査すること。
• 高赤方偏移におけるサイズ-質量関係を測定することで、これらの銀河が単一的崩壊か階層的合体によって進化したかを検証すること。
• z ∼ 1.5における大規模で高分解能の巨大銀河サンプルを分析することで、形成モデルの曖昧さを解消すること。
• 高赤方偏移で観測されたコンパクトで高密度の巨大銀河が、現在の宇宙に存在するか、それとも今日の巨大楕円銀河へ進化したかを特定すること。
• 巨大銀河のサイズ進化の程度と、構造的濃度（Sérsic指数n）への依存関係を定量化すること。

提案手法

• Palomar/DEEP2調査の近赤外画像と、高解像度のHST/ACS画像を統合し、z ∼ 2における巨大銀河の正確なサイズを測定する。
• Sérsic指数（n）を用いて、低濃度（n < 2.5、ディスク様）と高濃度（n > 2.5、球状様）の形態に銀河を分類する。
• 831個の巨大銀河について、半光半径（rₑ）と星族質量（M⋆）を測定し、高赤方偏移における星族質量-サイズ関係を構築する。
• 観測されたサイズ進化を、階層的合体モデルの予測と単一的崩壊シミュレーションの予測と比較する。
• K補正とAGN汚染の補正を実施し、コンパクトさが観測的アーチファクトでないことを保証する。
• 固定された質量における観測サイズと現在のサイズの比を用いて、赤方偏移にわたるサイズ進化を定量化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z ∼ 2以降、最も巨大な銀河のサイズはどのように進化したか？
• RQ2 Sérsic指数が大きい（高濃度）球状様の巨大銀河は、ディスク様のシステムよりも顕著なサイズ進化を示すか？
• RQ3 高赤方偏移（z ∼ 1.5）で観測されたコンパクトで巨大な銀河は、現在の巨大銀河集団と整合的か？
• RQ4 湿った合体やドライ合体などのメカニズムのうち、これらの銀河の観測されたサイズ進化を説明できるのはどれか？
• RQ5 観測されたサイズ進化は、単一的崩壊モデルと整合的か、それとも階層的合体シナリオと整合的か？

主な発見

• z ∼ 1.5における、Sérsic指数n > 2.5の巨大球状様銀河は、現在の対応する銀河と比べて4.0 ± 0.4倍小さく、顕著なサイズ進化が示された。
• サイズ進化は特に高濃度（球状様）のシステムで顕著であり、宇宙時間にわたって密度が100倍に増加した。
• 高赤方偏移におけるコンパクトで巨大な銀河は、現在の宇宙に存在せず、合体によって今日の巨大楕円銀河へ進化したと考えられる。
• 観測されたサイズ進化は、形成後にサイズが変化しない純粋な単一的崩壊モデルとは整合しない。
• ドライ合体はサイズ拡大の妥当なメカニズムであり、わずか2回の主要ドライ合体で、z ∼ 1.5のコンパクト銀河が現在のサイズに達する。
• 結果は、初期に単一的崩壊に類似した形成が起こり、その後に階層的ドライ合体によってサイズが拡大する二段階形成シナリオを支持する。