[논문 리뷰] GMASS Ultradeep Spectroscopy of Galaxies at z~2. III: The emergence of the color bimodality at z~2

P. Cassata, A. Cimatti외 13명|ArXiv.org|2008. 04. 07.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 24인용 수 46

한 줄 요약

이 연구는 GMASS 조사에서 확보한 초고해상도 스펙트로스코피 및 다중파장 광도측정 자료를 활용하여 z~2에서 1,021개의 은하에 대한 고정프레임 (U-B) 색분포를 분석한다. 연구 결과, 색상 이분화 현상이 z=2까지 유지되며, 질량이 큰 빨간색 시퀀스 은하(log(M/M☉)>10.1)는 점점 더 구형 및 수동 시스템에 의해 지배됨을 확인하였다. 또한 z>2에서 질량이 큰 빨간색 은하의 약 25%는 z>3의 형성 적색편이를 가지며 수동적으로 진화하고 있어 초기 별 형성이 이루어졌음을 시사한다. 결과적으로 빨간 시퀀스는 수동적인 초기형 은하들로만 구성되어 있지 않으며, 은하 진화 모델의 가정을 도전한다.

ABSTRACT

The aim of this work is to study the evolution of the rest frame color distribution of galaxies with the redshift, in particular in the critical interval 1.410.1, and we study their morphological and spectro-photometric properties. We show that the contribution to this sample of early-type galaxies, defined as galaxies with a spheroidal morphology and no star formation, decreases from 60-70% at z<0.5 down to ~50% at redshift z=2. At z>2 we still find red galaxies in the mass complete sample, even if the bimodality is not seen any more. About 25% of these red galaxies at z>2 are passively evolving, with the bulk of their stars formed at redshift z>`3.

연구 동기 및 목표

• 비교적 중요한 적색편이 범위인 1.4<z<3에서 은하의 고정프레임 (U-B) 색분포의 진화를 조사하기 위해.
• 특히 수동적인 초기형 시스템의 비율을 파악하기 위해 z~2에서 질량이 큰 빨간색 시퀀스 은하의 물리적 성격을 규명하기 위해.
• 지역에서 관측된 색상 이분화 현상이 고적색편이에서 이미 존재하는지, 그리고 우주의 시간에 따라 어떻게 진화하는지 평가하기 위해.
• 먼지 흡수 및 형상 오염이 고적색편이에서 빨간 시퀀스를 정의하는 데 미치는 영향을 평가하기 위해.
• SED 피팅, 형상 분석 및 분광학적 자료를 통합하여 질량이 큰 은하의 형성 적색편이를 제약하기 위해.

제안 방법

• GMASS 조사(VLT/FORS2)에서 확보한 초고해상도 분광학적 자료를 활용하여 z>1.4인 190개의 은하를 분석하고, 나머지 은하는 광도측정 적색편이를 보완한다.
• HST/ACS(광학 영역)에서 Spitzer/IRAC 및 Spitzer/24 μm(중간적외선 영역)에 이르기까지 다중파장 광도측정 자료를 통합하여 SED 및 고정프레임 색상을 유도한다.
• 각 은하의 항성 질량, 항성 형성률(SSFR), 먼지 흡수(AV)를 추정하기 위해 SED 피팅을 적용한다.
• 고해상도 ACS 이미징을 활용하여 은하의 형상을 분류하고, 초기형(구형), 나선형, 불규칙형, 감지되지 않은 대상으로 나눈다.
• 적색편이 구간 간의 통계적 비교를 위해 질량 완전 샘플인 log(M/M☉)>10.1을 갖는 빨간색 시퀀스 은하를 정의한다.
• BzK 색상 선택 기준을 통해 수동적으로 진화하는 은하를 식별하고, 지속적인 항성 형성이 낮거나 없는지를 확인한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 색상 이분화 현상이 (U-B) 대 항성 질량 평면에서 처음으로 나타나는 적색편이는 언제이며, z~2에서 존재하는가?
• RQ2 z~2에서 질량이 큰(log(M/M☉)>10.1) 빨간색 시퀀스 은하 중에서 형상적으로 초기형 또는 수동적으로 진화하는 은하는 얼마나 되는가?
• RQ3 z~0에서 z~2로의 기간 동안 빨간 시퀀스에 기여하는 수동적인 초기형 은하의 기여도는 어떻게 변화하는가?
• RQ4 z>2에서 질량이 크고 빨간색이며 수동적인 은하의 집단이 상당히 존재하는가? 그리고 그들의 별들은 주로 언제 형성되었는가?
• RQ5 고적색편이에서 빨간 시퀀스가 먼지가 많은 항성 형성 은하 또는 복합핵이 뚜렷한 나선파일에 의해 얼마나 오염되어 있는가?

주요 결과

• 고정프레임 (U-B) 대 항성 질량 평면에서 색상 이분화 현상이 적어도 z=2까지 유지됨을 확인하였으며, 빨간 시퀀스와 파란 시퀀스 사이에 명확한 분리가 존재한다.
• 초기형 은하(구형 및 복합핵이 뚜렷한 나선파일 포함)가 질량이 큰 빨간 시퀀스에 기여하는 비율은 z<0.5에서 약 60-70%에서 z=2에서 약 50%로 감소한다.
• z>2에서는 이분화 현상이 약화되었지만, 질량이 큰(log(M/M☉)>10.1) 빨간 은하의 약 25%는 수동적으로 진화하고 있으며, SSFR이 낮고 AV<1이다.
• z>2에서 수동적으로 진화하는 이들 은하는 항성 집단 연령이 0.5 Gyr 이상이므로, 대부분의 별들이 z>3에서 형성되었음을 시사한다.
• z>2에서 이분화 현상의 감소는 수동적인 빨간 은하의 수가 감소하고 먼지가 많은 항성 형성 은하의 수가 증가함에 따라 발생한다.
• 형상 분류 결과, z>2에서 질량이 큰 빨간 은하의 절반은 구형이지만, 나머지 절반은 z-대역에서 감지되지 않거나 거의 감지되지 않아 형상에 대한 신뢰도가 제한된다.