[論文レビュー] The zCOSMOS redshift survey : Influence of luminosity, mass and environment on the galaxy merger rate

L. de Ravel, P. Kampczyk+57 more|arXiv (Cornell University)|Apr 28, 2011

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 6被引用数 15

ひとこと要約

本研究は、zCOSMOS赤方偏移サーベイを分析し、銀河合体率が明るさ、星形成質量、および局所的環境にどのように依存するかを測定する。投影距離 ≤100 h⁻¹ kpc のスペクトロスコピックに確認されたペアを用い、低質量・明るさの銀河で合体率が高く、密度の高い環境では著しく合体率が増加することが判明。局所的密度が10倍に増加すると、合体率は10倍に増加し、赤方偏移 z ≈ 1 までにその傾向は赤方偏移に依存しない。

ABSTRACT

The contribution of major mergers to galaxy mass assembly along cosmic time is an important ingredient to the galaxy evolution scenario. We aim to measure the evolution of the merger rate for both luminosity/mass selected galaxy samples and investigate its dependence with the local environment. We use a sample of 10644 spectroscopically observed galaxies from the zCOSMOS redshift survey to identify pairs of galaxies destined to merge, using only pairs for which the velocity difference and projected separation of both components with a confirmed spectroscopic redshift indicate a high probability of merging. We have identified 263 spectroscopically confirmed pairs with r_p^{max} = 100 h^{-1} kpc. We find that the density of mergers depends on luminosity/mass, being higher for fainter/less massive galaxies, while the number of mergers a galaxy will experience does not depends significantly on its intrinsic luminosity but rather on its stellar mass. We find that the pair fraction and merger rate increase with local galaxy density, a property observed up to redshift z=1. We find that the dependence of the merger rate on the luminosity or mass of galaxies is already present up to redshifts z=1, and that the evolution of the volumetric merger rate of bright (massive) galaxies is relatively flat with redshift with a mean value of 3*10^{-4} (8*10^{-5} respectively) mergers h^3 Mpc^{-3} Gyr^{-1}. The dependence of the merger rate with environment indicates that dense environments favors major merger events as can be expected from the hierarchical scenario. The environment therefore has a direct impact in shapping-up the mass function and its evolution therefore plays an important role on the mass growth of galaxies along cosmic time.

研究の動機と目的

• 大規模でスぺクトロスコピックに確認されたサンプルを用いて、宇宙時間にわたる銀河合体率の進化を測定すること。
• 合体率が銀河の明るさ、星形成質量、および局所的環境密度にどのように依存するかを調査すること。
• 階層的銀河形成モデルが、さまざまな質量および密度領域において観測された合体率と整合しているかを検証すること。
• 環境が主な合体を駆動する上で顕著かつ赤方偏移に依存しない役割を果たしているかどうかを特定すること。

提案手法

• VLT/ESOのzCOSMOS Large Programから得られた10,644個の銀河のスぺクトロスコピック赤方偏移を用いた。
• 投影距離（rp ≤ 100 h⁻¹ kpc）および速度差の基準を用いて、物理的に束縛された合体ペアを同定した。
• 体積密度に比例する合体率を、赤方偏移、明るさ（MB ≤ -19.64）、星形成質量（log(M/M☉) ≥ 9.5 または ≥11）の関数として計算した。
• 固定された開口部内での近隣銀河の局所的数密度を用いて、局所的環境を推定した（δとして定義）。
• 赤方偏移に伴う合体率の進化をべき乗則モデルでフィットした：N_mg(z) = N_mg(0) × (1+z)^m_mg。
• 環境依存性をパラメータライズするため、N_mg(δ) = a × log(1+δ) + b とし、a および b はデータから導出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異なる明るさおよび星形成質量の銀河について、体積密度に比例する合体率は赤方偏移とともにどのように変化するか？
• RQ2 局所的環境が合体率に顕著な影響を及ぼすか、そしてその依存性は宇宙時間とともに変化するか？
• RQ3 銀河あたりの合体数は、その固有の明るさに依存しているのか、それとも星形成質量に強く依存しているのか？
• RQ4 環境が宇宙時間にわたって銀河の質量集積にどの程度寄与しているか？

主な発見

• 星形成質量が大きな銀河（log(M/M☉) ≥ 9.5）の平均体積密度合体率は、z=0からz=1にかけて約 3 × 10⁻⁴ h³ Mpc⁻³ Gyr⁻¹ であり、進化はほぼ平坦（m_mg = 0.73 ± 1.80）である。
• 明るさが低い銀河（MB ≤ -19.64）では、合体率が (2.04 ± 0.83) × (1+z)^(0.97±0.82) × 10⁻⁴ h³ Mpc⁻³ Gyr⁻¹ と変化し、赤方偏移依存性が強いことが示された。
• 明るい銀河と明るさの低い銀河の両者を、それぞれの母集団に正規化した場合、銀河あたりの合体数は同等であるが、z ≈ 1 では低質量銀河の方が高質量銀河に比べて2〜3倍の合体活動を示した。
• 局所的密度が10倍に増加すると合体率は10倍に増加し、パラメータライズド式 N_mg(δ) = (1.61 ± 0.13) × 10⁻⁴ × log(1+δ) + (0.41 ± 0.05) × 10⁻⁴ が得られた。
• この環境依存性は、z ≈ 1 までほぼ赤方偏移に依存せず、密度の高い領域が常に主な合体を促進することが示された。
• 星形成質量が log(M/M☉) ≥ 9.5（≥11）の銀河では、z=1以降に蓄積された星形成質量の約20%（9.7%）が主な合体によって加算されたことが判明し、環境が質量集積に果たす役割が強調された。