[論文レビュー] The VIMOS VLT Deep Survey. The Assembly History of the Stellar Mass in Galaxies: from the Young to the Old Universe

L. Pozzetti, M. Bolzonella+48 more|ArXiv.org|Apr 12, 2007

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 90被引用数 156

ひとこと要約

本稿は、VIMOS VLT Deep Survey を用いて、z=2.5 までにわたり銀河の星族質量関数（GSMF）を包括的に分析する。光学的および近赤外データを組み合わせ、2通りの星族質量推定手法を用いる。その結果、質量の大きな銀河は星形成が初期（z>1）に終了しており、z≈0.7 以下ではほとんど進化が見られない一方、低質量系では顕著な進化が認められ、質量依存の形成歴が示され、標準的な合体に基づくモデルに疑問を呈する。

ABSTRACT

We present a detailed analysis of the Galaxy Stellar Mass Function of galaxies up to z=2.5 as obtained from the VVDS. We estimate the stellar mass from broad-band photometry using 2 different assumptions on the galaxy star formation history and show that the addition of secondary bursts to a continuous star formation history produces systematically higher (up to 40%) stellar masses. At low redshift (z=0.2) we find a substantial population of low-mass galaxies (<10^9 Msun) composed by faint blue galaxies (M_I-M_K=0.3). In general the stellar mass function evolves slowly up to z=0.9 and more significantly above this redshift. Conversely, a massive tail is present up to z=2.5 and have extremely red colours (M_I-M_K=0.7-0.8). We find a decline with redshift of the overall number density of galaxies for all masses (59+-5% for M>10^8 Msun at z=1), and a mild mass-dependent average evolution (`mass-downsizing'). In particular our data are consistent with mild/negligible (<30%) evolution up to z=0.7 for massive galaxies (>6x10^10 Msun). For less massive systems the no-evolution scenario is excluded. A large fraction (>=50%) of massive galaxies have been already assembled and converted most of their gas into stars at z=1, ruling out the `dry mergers' as the major mechanism of their assembly history below z=1. This fraction decreases to 33% at z=2. Low-mass systems have decreased continuously in number and mass density (by a factor up to 4) from the present age to z=2, consistently with a prolonged mass assembly also at z<1.

研究の動機と目的

• 宇宙の時間にわたる銀河の星族質量の宇宙的集積歴を理解すること。
• z≈0.2 から z≈2.5 にかけての銀河の星族質量関数（GSMF）の進化を測定すること。
• 星形成歴の仮定が光度的星族質量推定に与える影響を評価すること。
• 銀河の質量集積が合体によるものか、長期にわたる星形成によるものかを検証すること。
• 観測されたGSMFの進化を、銀河形成理論モデルと比較すること。

提案手法

• VIMOS VLT Deep Survey（VVDS）から、Iバンド選択（17.5 < I_AB < 24）で約6,500個のスペクトロスコピック銀河（1,750 arcmin²）を用いる。
• スペクトロスコピックサンプルに赤方偏移を補正した、光度的Kバンド選択サンプル（約10,200個、K_AB < 22.34–22.84）を610 arcmin² で統合する。
• 2通りの星族質量推定手法を適用：連続的星形成を仮定する手法と、二次的爆発星形成を含む手法を用い、系統的バイアスを評価する。
• 非パラメトリックおよびパラメトリックなフィッティング手法を用いて、GSMF、数密度、星族質量密度の進化を導出する。
• 赤方偏移におけるGSMFの進化を、質量閾値ごとに (1+z)^β のべき乗則でモデル化する。
• 結果をDe Luciaら（2006）の理論モデルと比較し、観測された質量集積歴と整合性があるかを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河の星族質量は、宇宙の時間にわたっていつ、どのように集積されたか？
• RQ2 星族質量関数は赤方偏移とともにどのように進化するか？その進化は質量依存的か？
• RQ3 二次的星形成爆発は、光度的星族質量推定にどの程度の影響を及ぼすか？
• RQ4 観測された進化は、ドライ合体による質量集積か、長期にわたる星形成によるものかと整合的か？
• RQ5 観測されたGSMFおよび質量密度の傾向は、現在の銀河形成モデルの予測とどのように比較されるか？

主な発見

• M_stars > 10^8 M_sun の銀河の数密度は、z≈0.2 から z=1 にかけて 59±5% 減少し、わずかな質量依存的進化（「質量ダウンサイズ」）を示す。
• 質量の大きな銀河（M_stars > 6×10^10 M_sun）は、z≈0.7 以下でほとんど進化が認められず（≤30%）、z≈1 で既に大部分の星族質量が集積済みであることを示唆する。
• z≈1 で、質量の大きな銀河の少なくとも50%が、すでに大部分の星族質量を集積済みであり、z≈1 以下のドライ合体が主な集積機構である可能性を否定する。
• 低質量系（M_stars < 10^9 M_sun）は、z≈0.2 から z=2 にかけて数密度が4.1±0.9倍減少し、継続的な質量集積が進行していることを示す。
• 星族質量密度は、z≈1 で2.3±0.1倍、z≈2.5 で4.5±0.3倍減少し、以前の調査と比較して比較的ゆっくりとした進化を示す。
• GSMFの低質量端は、高赤方偏移まで平坦なまま維持され、多くの理論モデルでは再現できない特徴を示し、低質量銀河の数を過剰に予測する傾向がある。