[논문 리뷰] Evolution of the colour-magnitude relation of early-type galaxies in distant clusters

Tadayuki Kodama, N. Arimoto외 2명|arXiv (Cornell University)|1998. 02. 18.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 17개의 원거리 은하군집(0.31 < z < 1.27)에서 초기형 은하의 색-등급관계(CMR)를 Kodama & Arimoto(1997)의 진화 모델을 사용하여 분석하여, 모든 군집에서 일관된 CMR 기울기와 영점이 존재함을 발견하였다. 이는 풍부한 은하군집 내 초기형 은하가 z_f > 2–4에서 균일하게 형성되었으며, 거의 동일한 연령의 별 집단과 등급에 따라 변화하는 금속성 순서를 가지며, 은하군집 형성 모델에 강력한 제약을 가한다는 결론을 이끌어낸다.

ABSTRACT

We present a thorough quantitative analysis of the evolution of the colour-magnitude relation for early-type galaxies in 17 distant clusters with redshifts 0.31 &lt; z &lt; 1.27 using the Kodama &amp; Arimoto (1997) evolutionary model for elliptical galaxies. The model is calibrated to reproduce the colour- magnitude relation for Coma ellipticals at z ~ 0 and gives the evolution of the slope and zero-point as a function of redshift. We find no significant differences between the colour-magnitude relations of the clusters in our sample. The slopes can be reproduced by a single model sequence in which all elliptical galaxies are assumed to be equally old (the maximum age difference allowed for the brightest 3 magnitudes is only 1 Gyr) and to have mean stellar metallicities which vary as a function of galaxy luminosity. The zero-points of the colour-magnitude relations constrain the epoch of major star formation in early-type galaxies to z_f&gt;2-4. This study provides two important constraints for any model of the formation of rich clusters: the uniformity of the ages of the stellar populations in the early-type galaxies and the universality of the metallicity sequence of these galaxies as a function of galaxy mass.

연구 동기 및 목표

• 원거리 은하군집에서의 초기형 은하의 색-등급관계(CMR) 진화를 조사한다.
• 고적색편이에서 초기형 은하의 별 집단의 연령 및 금속성 분포를 규명한다.
• CMR가 모든 군집에서 일관되게 적용되는지 확인하고, 초기형 은하의 형성 시기를 제약한다.
• Kodama & Arimoto(1997)의 진화 모델이 z > 0.3에서 관측된 CMR 특성을 재현하는 데 얼마나 잘 맞는지 평가한다.
• 풍부한 은하군집의 형성 역사를 관측적으로 제약한다.

제안 방법

• 타원 은하의 CMR를 예측하기 위해 Kodama & Arimoto(1997)의 진화 합성 모델를 사용하며, z ≈ 0에서 Coma 은하군집과 일치하도록 校정한다.
• 모델은 Salpeter 초기 질량 함수를 가진 단일 별 집단을 가정하며, 색과 등급에 영향을 주는 금속성과 연령의 영향을 포함한다.
• 관측된 17개의 원거리 군집(0.31 < z < 1.27)의 CMR를 모델 예측과 비교하여 영점과 기울기의 진화를 제약한다.
• 일관된 형성 적색편이를 가정할 때, 가장 밝은 은하들 간의 연령 차이가 ≤1 Gyr 이내로 제약된다.
• 은하의 등급에 따라 금속성이 변화하도록 하며, 질량-금속성 관계를 따르도록 한다.
• 모델의 적합도는 관측된 데이터와 예측된 CMR 영점과 기울기를 비교하여 적색편이 범위 전반에서 평가된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 원거리 군집 내 초기형 은하의 색-등급관계는 서로 다른 적색편이와 군집 간에서 일관되게 나타나는가?
• RQ2 CMR 영점의 진화를 통해 초기형 은하의 별 집단의 형성 적색편이는 어떻게 제약되는가?
• RQ3 초기형 은하의 별 집단은 가장 밝은 등급 범위 내에서 균일한 연령 분포를 가진다?
• RQ4 초기형 은하의 금속성은 등급과 상관관계가 있는가? 이는 모델이 예측한 바와 일치하는가?
• RQ5 단일 진화 모델이 0.31 < z < 1.27의 전체 적색편이 범위에서 관측된 CMR 특성을 설명할 수 있는가?

주요 결과

• 17개 군집의 모든 색-등급관계 기울기는 단일 진화 시퀀스와 일관되며, 가장 밝은 은하들 간의 연령 분산이 최소임을 나타내며(최대 연령 차이 ≤1 Gyr).
• CMR의 영점 진화는 초기형 은하의 형성 적색편이를 z_f > 2–4로 제약하며, 이는 조기이고 빠른 형성을 시사한다.
• 관측된 CMR는 더 큰 질량을 가진 은하일수록 더 높은 금속성을 가지는 등급에 따라 변화하는 금속성 순서를 가진 모델에 가장 잘 맞는다.
• 다른 적색편이에서의 군집 간에 CMR에 유의미한 차이가 없음을 발견하여, 풍부한 군집 내 초기형 은하의 진화 패턴이 보편적임을 시사한다.
• 군집 간의 CMR 균일성은 공통된 형성 역사를 가지며, 군집 형성에서 환경의 균일성을 지지한다.
• 결과는 은하군집 형성 모델에 강력한 제약을 가하며, 균일한 금속성-등급 관계를 가진 조기이고 빠른 별 집단 형성을 지지한다.