[논문 리뷰] Evolution of Galaxy Luminosity and Stellar-Mass Functions since $z=1$ with the Dark Energy Survey Science Verification Data

D. Capozzi, J. Etherington외 61명|arXiv (Cornell University)|2017. 07. 27.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 암흑 에너지 조사의 과학 검증 데이터를 사용하여, z=1에서 z=0까지의 적색편이를 추적하는 광학적 적색편이를 활용해 은하 광도 및 항성질량 함수의 최초로 균일한 분석을 제시한다. 광도 밀도는 적색편이에 따라 거의 일정한 것으로 나타나지만, 항성질량 밀도는 감소함을 확인하여, 고적색편이에서 더 어린, 더 밝은 항성 성분을 가진 은하의 상향 질량 조립 패턴을 지지한다.

ABSTRACT

We present the first study of the evolution of the galaxy luminosity and stellar-mass functions (GLF and GSMF) carried out by the Dark Energy Survey (DES). We describe the COMMODORE galaxy catalogue selected from Science Verification images. This catalogue is made of $\sim 4 imes 10^{6}$ galaxies at $0

연구 동기 및 목표

• 단일이고 통계적으로 신뢰할 수 있는 데이터셋을 사용하여 z=1에서 z=0까지의 은하 광도 및 항성질량 함수(GLF 및 GSMF)의 진화를 측정하기 위해.
• 스펙트럼적 결과와 대비하여 광학적 적색편이 확률밀도함수의 신뢰성을 시험하기 위해.
• 은하의 질량 조립 역사를 조사하고, 이가 계층적(하향식) 또는 반대 계층적(상향식) 패턴을 따르는지 평가하기 위해.
• 관측된 GLF 및 GSMF를 이론적 모델 및 시뮬레이션과 비교하여 모델 성능을 평가하기 위해.
• ~155 제곱도의 넓은 연속된 설문 영역과 i-대역 한계 등급 i=23 mag를 사용하여 천체우연변동을 최소화하기 위해.

제안 방법

• DES 과학 검증 데이터에서 COMMODORE 은하 목록을 구축하여, 0 < z ≤ 1.3 범위에서 약 ~4×10⁶개의 은하를 선택하였다.
• 광학적 적색편이 확률밀도함수(photo-z PDFs)를 사용하여 적색편이를 추정하고 은하를 적색편이 밴드에 할당하였다.
• 관측된 데이터에 双-Schechter 함수 피팅을 통해 i-대역 은하 광도 함수(GLF) 및 항성질량 함수(GSMF)를 측정하였다.
• GAMA 및 PRISM와 같은 스펙트럼 조사와의 비교를 통해 photo-z PDF 방법의 校정 및 검증을 수행하였다.
• 적색편이 함수로서의 광도 및 항성질량 밀도(ρ_L 및 ρ_Mstar)를 적합된 GLF 및 GSMF를 사용하여 계산하였다.
• 시스템적 편향 및 모델의 강건성을 평가하기 위해 동일한 방법을 사용하여 DES 유사 은하의 시뮬레이션 분석을 수행하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 균일하고 천체우연변동이 낮은 데이터셋에서 z=1에서 z=0까지 은하 광도 및 항성질량 함수는 어떻게 진화하는가?
• RQ2 광학적 적색편이 PDF는 스펙트럼적 적색편이에 비해 GLF 및 GSMF 측정에 얼마나 신뢰할 수 있는가?
• RQ3 은하의 항성질량 조립은 우주 시간에 따라 계층적(하향식) 또는 반대 계층적(상향식) 패턴을 따르는가?
• RQ4 관측된 광도 및 항성질량 밀도는 적색편이에 따라 어떻게 진화하며, 이는 항성 성분의 형성 스케일 타임에 대해 어떤 함의를 갖는가?
• RQ5 이론적 모델은 관측된 GLF 및 GSMF의 형태와 그 적색편이 진화를 얼마나 잘 재현하는가?

주요 결과

• z < 0.2에서 i-대역 은하 광도 함수(GLF) 및 항성질량 함수(GSMF)는 모두 이중-Schechter 형태를 보이며, 스펙트럼 측정 결과와 일치한다.
• DES에서 유도된 GSMF는 z ~ 1까지 GAMA 및 PRISM 조사 결과와 잘 일치하여 광학적 적색편이 방법의 타당성을 검증한다.
• 광도 밀도(ρ_L)는 적색편이에 따라 거의 일정하며, ρ_L ∝ (1+z)^{-0.12±0.11}로 스케일링되어 총 i-대역 빛 출력의 변화가 거의 없음을 시사한다.
• 항성질량 밀도(ρ_Mstar)는 적색편이에 따라 감소하며, ρ_Mstar ∝ (1+z)^{-0.5±0.1}로 스케일링되어 낮은 적색편이에서 지속적인 질량 성장이 일어나고 있음을 시사한다.
• GSMF의 진화는 상향식 패턴을 보이며, 더 질량이 큰 은하가 더 일찍 항성질량을 형성함을 시사하여 반대 계층적 질량 조립과 일치한다.
• 감소하는 질량 밀도에도 불구하고 뚜렷한 광도 진화가 없음을 고려하면, 고적색편이 은하의 항성 성분은 더 어린, 더 밝은 성분을 지니며 질량 손실에 의해 상쇄되는 경향이 있음을 시사한다.