[論文レビュー] The Magnitude-Size Relation of Galaxies out to z ~ 1

Luc Simard, David C. Koo+7 more|ArXiv.org|Feb 9, 1999

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 31被引用数 97

ひとこと要約

本研究は、ハッブル宇宙望遠鏡およびケック望遠鏡のデータを用いて、z ~ 1 までの190個の場所銀河の大きさ-明るさ関係を分析し、ディスク表面輝度の見かけ上の進化が主に選択効果に起因することを明らかにした。これらの効果を補正した後、明るいディスク優勢銀河には顕著な進化は認められず、宇宙時間にわたる定常的であるとされる標準的フリーマンディスク表面輝度（μ₀,B = 21.65 mag arcsec⁻²）を支持する結果が得られた。

ABSTRACT

As part of the Deep Extragalactic Evolutionary Probe (DEEP) survey, a sample of 190 field galaxies (I_{814} <= 23.5) in the ``Groth Survey Strip'' has been used to analyze the magnitude-size relation over the range 0.1 < z < 1.1. The survey is statistically complete to this magnitude limit. All galaxies have photometric structural parameters, including bulge fractions (B/T), from Hubble Space Telescope images, and spectroscopic redshifts from the Keck Telescope. The analysis includes a determination of the survey selection function in the magnitude-size plane as a function of redshift, which mainly drops faint galaxies at large distances. Our results suggest that selection effects play a very important role. A first analysis treats disk-dominated galaxies with B/T < 0.5. If selection effects are ignored, the mean disk surface brightness (averaged over all galaxies) increases by ~1.3 mag from z = 0.1 to 0.9. However, most of this change is plausibly due to comparing low luminosity galaxies in nearby redshift bins to high luminosity galaxies in distant bins. If this effect is allowed for, no discernible evolution remains in the disk surface brightness of bright (M_B < -19) disk-dominated galaxies. A second analysis treats all galaxies by substituting half-light radius for disk scale length, with similar conclusions. Indeed, at all redshifts, the bulk of galaxies is consistent with the magnitude-size envelope of local galaxies, i.e., with little or no evolution in surface brightness. In the two highest redshift bins (z > 0.7), a handful of luminous, high surface brightness galaxies appears that occupies a region of the magnitude-size plane rarely populated by local galaxies. Their wide range of colors and bulge fractions points to a variety of possible origins.

研究の動機と目的

• 赤方偏移z ~ 1までの銀河における大きさ-明るさ関係の進化を調査すること。
• 調査の選択関数が表面輝度の進化を解釈する上で果たす役割を評価すること。
• ディスク優勢銀河が宇宙時間にわたって中心表面輝度に顕著な変化を示すかどうかを特定すること。
• 高赤方偏移銀河と局所サンプルを比較し、進化の傾向を特定すること。

提案手法

• 本研究は、グロス・サーベイ・ストリップにおけるDEEP調査から得られた、190個の場所銀河（I₈₁₄ ≤ 23.5）の統計的に完全なサンプルを用いる。
• ハッブル宇宙望遠鏡の画像から、バルジ割合（B/T）、半光半径、絶対等級などの銀河構造パラメータが導出された。
• ケック望遠鏡からの分光的赤方偏移が、宇宙距離の決定および静止フレームの等級への補正に用いられた。
• 赤方偏移に依存する調査選択関数 S_US(M_B₀, R_d) がモデル化され、遠くの暗い銀河に対する検出バイアスを定量化した。
• 観測された表面輝度分布は、選択関数を用いて補正され、内在的な分布を推定した。式7を用いてデータを共通の選択関数にスケーリングした。
• 局所サンプル（例：BBFN、Bursteinら）および他の高赤方偏移調査（Schadeら、Rocheら）と比較することで、一貫性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 赤方偏移z ~ 0.1からz ~ 0.9の間で、ディスク優勢銀河の中心表面輝度は顕著に進化するか？
• RQ2 調査の選択効果が、高赤方偏移銀河サンプルにおける真の表面輝度の進化をどれほど模倣または隠蔽するか？
• RQ3 高赤方偏移銀河の大きさ-明るさ関係は、標準的フリーマン関係（μ₀,B = 21.65 mag arcsec⁻²）とどのように比較されるか？
• RQ4 高赤方偏移において、ディスク優勢銀河とバルジ優勢銀河の間で、大きさ-明るさ関係に系統的差異があるか？
• RQ5 高赤方偏移銀河のうち、大きさ-明るさ平面の高表面輝度領域を占める割合はどの程度か？その起源は何か？

主な発見

• z = 0.2 における平均ディスク表面輝度 μ₀,B = 21.7 mag arcsec⁻² から z = 0.8 における 20.4 mag arcsec⁻² への見かけ上の増加は、主に高赤方偏移でより明るい銀河が選択されやすいという選択効果に起因する。
• 調査選択関数を補正した後、0.1 < z < 0.9 の範囲で、明るい（M_B < -19）ディスク優勢銀河の中心表面輝度に顕著な進化は認められなかった。
• 全赤方偏移において、銀河の大部分、特に高赤方偏移のチャンクにおいても、標準的フリーマン関係（μ₀,B = 21.65 mag arcsec⁻²）で定義される局所の大きさ-明るさエンvelope と整合的である。
• 2つの最高赤方偏移チャンク（z > 0.7）では、小規模な数の明るく高表面輝度の銀河が、局所銀河ではめったに見られない領域に現れ、多様な起源を示唆している。
• 最高赤方偏移チャンクの約25%の銀河が、標準的フリーマン表面輝度の近くに位置しており、z ~ 1 においても高表面輝度ディスクが珍しくないことが示された。
• 半光半径をディスクスケール長さの代わりに用いた場合でも、同様の結論が得られ、異なる構造的定義においても結果の頑健性が裏付けられた。