[論文レビュー] The VIPERS Multi-Lambda Survey. II. Diving with massive galaxies in 22 square degrees since z = 1.5

T. Moutard, S. Arnouts+14 more|arXiv (Cornell University)|Feb 18, 2016

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 106被引用数 47

ひとこと要約

本研究は、CFHT、GALEX、VIPERSからの深さのある多波長光度測定を用い、22.4平方度にわたる領域で、z=0.2からz=1.5の間の質量星系の星質量関数とその進化を測定している。その結果、log(M*/M☉)>11.5の星系の密度がz≈1からz≈0.2にかけて2倍に増加しており、これはドライ合体によるものであると判明した。また、log(M⋆_sf/M☉)=10.64±0.01に安定した消滅しきい値が存在することが特定され、質量星系と低質量星系では異なる消滅経路が示された。

ABSTRACT

We investigate the evolution of the galaxy stellar mass function (SMF) and stellar mass density from redshift z=0.2 to z=1.5 of a $K_{AB}$<22-selected sample with highly reliable photometric redshifts and over an unprecedentedly large area. Our study is based on NIR observations carried out with WIRCam at CFHT over the footprint of the VIPERS spectroscopic survey and benefits from the high quality optical photometry from the CFHTLS and UV observations with the GALEX satellite. The accuracy of our photometric redshifts is $σ_z$ < 0.03 and 0.05 for the bright ($i_{AB}$<22.5) and faint ($i_{AB}$>22.5) samples, respectively. The SMF is measured with ~760,000 galaxies down to $K_s$=22 and over an effective area of ~22.4 deg$^2$, the latter of which drastically reduces the statistical uncertainties (i.e. Poissonian error & cosmic variance). We point out the importance of a careful control of the photometric calibration, whose impact becomes quickly dominant when statistical uncertainties are reduced, which will be a major issue for future generation of cosmological surveys with, e.g. EUCLID or LSST. By exploring the rest-frame (NUV-r) vs (r-$K_s$) color-color diagram separating star-forming and quiescent galaxies, (1) we find that the density of very massive log($M_*/ M_{\odot}$) > 11.5 galaxies is largely dominated by quiescent galaxies and increases by a factor 2 from z~1 to z~0.2, which allows for additional mass assembly via dry mergers, (2) we confirm a scenario where star formation activity is impeded above a stellar mass log($M^*_{SF} / M_{\odot}$) = 10.64$\pm$0.01, a value that is found to be very stable at 0.2 < z < 1.5, (3) we discuss the existence of a main quenching channel that is followed by massive star-forming galaxies, and finally (4) we characterise another quenching mechanism required to explain the clear excess of low-mass quiescent galaxies observed at low redshift.

研究の動機と目的

• z=0.2からz=1.5の間における宇宙時間にわたる銀河星質量関数（SMF）および星質量密度の進化を測定すること。
• 特に星形成から静止状態への移行を引き起こす消滅機構の役割を調査すること。
• 統計的不確実性における光度校正の影響を大面積調査において評価すること。
• rest-frame (NUV−r) 対 (r−Ks) 色-色図を用いて、質量星系の消滅経路を特徴づけること。
• ドライ合体と異なる消滅 timescale が観測されたSMFの進化を説明できるかどうかを明らかにすること。

提案手法

• CFHTの深さのある近赤外WIRCam画像（22.4 deg²）を、光学CFHTLSおよびUV GALEX光度測定とマッチングした。
• 明るい星系ではσΔz/(1+z) < 0.03、暗い星系では< 0.05の高精度な光度赤方偏移を用いた。
• Poisson誤差および宇宙変動誤差を最小限に抑えるために、Ks ~ 22まで達する約76万個の銀河を用いて星質量関数を測定した。
• rest-frame (NUV−r) 対 (r−Ks) 色-色図を用いて、星形成銀河または静止状態の銀河に分類した。
• 光度校正の制御を徹底した星質量関数フィッティング手順を適用し、系統的誤差を低減した。
• e-減衰星形成歴史をモデル化することで、消滅機構を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大面積・低分散調査領域において、z=1.5からz=0.2にかけて質量星系の星質量関数はどのように進化したか？
• RQ2 非常に質量の大きな静止状態銀河の密度増加に、ドライ合体が果たす役割は何か？
• RQ3 0.2 < z < 1.5の範囲で、星形成が抑制される特徴的な星質量しきい値が安定しているか？
• RQ4 色-色診断による可視化により、質量星系と低質量星系がそれぞれどのような異なる消滅経路をたどったか？
• RQ5 異なる銀河集団の推定される消滅 timescale は何か？また、それらは物理的消滅機構とどのように関連しているか？

主な発見

• 非常に質量の大きな銀河（log(M*/M☉) > 11.5）の密度は、z ≈ 1からz ≈ 0.2にかけて2倍に増加しており、これはドライ合体による顕著な質量集積を示している。
• 星形成銀河の特徴的な星質量、log(M⋆_sf/M☉) は、赤方偏移範囲 0.2 < z < 1.5 で10.64 ± 0.01に安定しており、これは強固な消滅しきい値を示している。
• 主な消滅チャネルは (r−Ks)o > 0.76 に特定され、これは進化した質量星系が0.5〜2ギガ年という timescale で静止状態へ移行することを示している。
• 低質量静止銀河SMFの低赤方偏移における上昇を説明するため、第二の消滅経路が必要であり、これは (r−Ks)o < 0.76 の若い青い静止銀河と関連している。
• 質量星系の主なチャネルでは消滅 timescale が長く（0.5〜2ギガ年）、これはストレンゲレーションに一致するが、低質量銀河は急速に（τ ~ 0.1ギガ年）消滅し、おそらくマジョル合体によるものである。
• 統計的不確実性を低減すると、光度校正誤差が支配的になることが判明し、これにより将来のEuclidやLSSTのような大規模調査において重要な課題が浮き彫りになった。