[論文レビュー] The VIMOS Public Extragalactic Redshift Survey (VIPERS). The decline of cosmic star formation: quenching, mass, and environment connections

O. Cucciati, I. Davidzon+38 more|arXiv (Cornell University)|Nov 21, 2016

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 130被引用数 23

ひとこと要約

本研究では、VIPERS調査を用いて、銀河質量および環境との関連する止揚メカニズムに注目し、宇宙的星形成の減少を調査している。高質量銀河の止揚において、特に高密度領域における環境的要因が顕著に寄与しており、log(M/M☉) ≳ 10.6 以上の質量領域では、星形成の止揚が単に星の質量に起因するのではなく、環境要因が顕著に寄与していることが示唆される。

ABSTRACT

[Abridged] We use the final data of the VIMOS Public Extragalactic Redshift Survey (VIPERS) to investigate the effect of environment on the evolution of galaxies between $z=0.5$ and $z=0.9$. We characterise local environment in terms of the density contrast smoothed over a cylindrical kernel, the scale of which is defined by the distance to the $5^{th}$ nearest neighbour. We find that more massive galaxies tend to reside in higher-density environments over the full redshift range explored. Defining star-forming and passive galaxies through their (NUV$-r$) vs ($r-K$) colours, we then quantify the fraction of star-forming over passive galaxies, $f_{ m ap}$, as a function of environment at fixed stellar mass. $f_{ m ap}$ is higher in low-density regions for galaxies with masses ranging from $\log(\mathcal{M}/\mathcal{M}_\odot)=10.38$ (the lowest value explored) to at least $\log(\mathcal{M}/\mathcal{M}_\odot)\sim11.3$, although with decreasing significance going from lower to higher masses. This is the first time that environmental effects on high-mass galaxies are clearly detected at redshifts as high as $z\sim0.9$. We compared these results to VIPERS-like galaxy mock catalogues based on the galaxy formation model of De Lucia & Blaizot. The model correctly reproduces $f_{ m ap}$ in low-density environments, but underpredicts it at high densities. The discrepancy is particularly strong for the lowest-mass bins. We find that this discrepancy is driven by an excess of low-mass passive satellite galaxies in the model. Looking at the accretion history of these model galaxies, i.e. the times when they become satellites, a better (yet not perfect) agreement with observations can be obtained in high density regions by assuming either that a not-negligible fraction of satellites is destroyed, or that their quenching time-scale is longer than $\sim 2$ Gyr.

研究の動機と目的

• 宇宙的星形成の減少の背後にある要因、特に銀河質量と環境の役割を理解すること。
• z ≈ 0.9における高質量銀河（log(M/M☉) ≳ 10.6）において、環境的要因による止揚が顕著であるかどうかを検証すること。
• 特に高密度環境において観測された銀河の止揚と、半アナリティカルモデルの予測との乖離を調査すること。
• 銀河が衛星となった時点からの経過時間（t_sat）を分析し、止揚の timescale を評価すること。
• 局所的環境、止揚、赤方偏移の時間的進化を結びつける観測的制約を、銀河形成モデルに提供すること。

提案手法

• VIMOS Public Extragalactic Redshift Survey (VIPERS) を用い、z ≈ 0.9 までにまで及ぶ、約10万個の銀河の赤方偏移を取得した深さと広さを持つスクリーニング調査。
• スペクトルエネルギー分布と準静的色（D4000インデックスおよびu−r色）を用いて、銀河を星形成銀河か非星形成銀河（パッシブ）に分類。
• 局所的密度（ρ）および大規模構造（フィラメントへの近接度）を用いて環境を定義し、特に高密度（HD）領域に注目。
• 観測された銀河の止揚割合（f_ap）を、De Lucia & Blaizot の半アナリティカルモデルと、衛星の年齢に基づくトイトモデルの予測と比較。
• 衛星となった時点からの経過時間（t_sat）を分析し、止揚の timescale を評価し、モデルにおける過剰な止揚または遅延止揚を特定。
• 赤方偏移の各ビン（0.1 < z < 0.9）において統計的比較を実施し、宇宙的時間と環境に伴う止揚の進化を追跡。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z ≈ 0.9における高質量銀河（log(M/M☉) ≳ 10.6）において、環境が止揚にどの程度寄与しているか？
• RQ2 高密度環境における観測された止揚割合は、半アナリティカルモデルの予測とどのように異なるか？
• RQ3 衛星となった時点からの経過時間（t_sat）が止揚に果たす役割は何か？ また、モデルは初期のt_satにおいて止揚を過剰に予測しているか、あるいは不足しているか？
• RQ4 高密度領域における非星形成銀河の割合が予測値を下回っている原因が、低質量非星形成衛星銀河の過剰な存在に起因しているのか？
• RQ5 赤方偏移範囲 z ≈ 0.1–0.9 において、環境的止揚と質量駆動止揚を区別できるか？

主な発見

• 高密度領域における観測された止揚割合（f_ap）は、De Lucia & Blaizot モデルの予測を著しく上回っており、特に低質量銀河において顕著である。
• モデルは高密度領域における非星形成銀河の割合を低く予測しているが、これは低質量非星形成衛星銀河の過剰な存在に起因しており、衛星止揚のパラメータ設定が誤っていることを示唆している。
• モデルにおけるf_apの低値の主な要因は二つに分けられる：(i) 衛星となった後3 Gyr以上も生存する「古めの」衛星（破壊されるべき）が存在すること、(ii) 衛星となった直後（2 Gyr以内）に過剰に迅速に止揚する「若めの」衛星が存在すること。
• 高質量銀河において、環境的要因による止揚がz ≈ 0.9まで明確に検出された。これは、これらの質量領域において止揚が単に星の質量に起因するという仮説に反する。
• 本研究は、z ≈ 0.9における高質量銀河における環境的止揚の明確な証拠を初めて提供した。0.8 < z < 0.9 の範囲では、質量範囲が限られているため、信号はやや弱い。
• 他のVIPERSベースの質量関数およびフィラメント環境に関する研究と整合的であり、宇宙時間にわたる銀河進化において環境の重要性を強化する。