[논문 리뷰] On the buildup of massive early-type galaxies at z≲1 I. Reconciling their hierarchical assembly with mass downsizing

M. C. Eliche‐Moral, M. Prieto외 7명|arXiv (Cornell University)|2010. 01. 01.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 246인용 수 28

한 줄 요약

이 연구는 z ≲1에서 질량이 큰 초기형은피성은(ETG)의 축적을 설명할 수 있는지에 대해, 관측된 융합 비율만을 사용하여 시간을 거꾸로 따라가며 진화를 추적하는 반분석 모델을 통해 습기 있는, 혼합된, 건조한 주요 융합이 가능한지를 시험한다. 모델은 여러 대역과 형상에서 관측된 광도 함수를 성공적으로 재현하며, 현재의 mETG 중 약 50–60%가 주로 z ≈1에서 z ≈0.8 사이에 계층적 융합을 통해 형성됨을 보여주며, 계층적 구조 형성과 질량 감소 경향을 관측 오염(먼지로 빛이 약해진 별 형성은피성은, DSF)을 고려함으로써 조화롭게 설명한다.

ABSTRACT

Context. Several studies have tried to ascertain whether the increase in abundance of the early-type galaxies (E-S0a's) with time is mainly due to major mergers, but have reached opposite conclusions. Aims. We have tested it directly through semi-analytical modelling, quantifying the possible contribution of the observed major mergers to the evolution of the high-mass end of the galaxy luminosity function (LF). Methods. The model analyses the backwards-in-time evolution of the massive early-type galaxies with log(M_*/M_⨀) > 11 at z∼0 (mETGs) under the hypothesis that each major merger leads to an early-type galaxy. The model considers only the major mergers strictly reported by observations at each redshift and assumes that gas-rich major mergers experience transitory phases as dust-reddened, star-forming galaxies (DSFs). Results. The model is able to reproduce the observed evolution of the galaxy LFs at z ≲ 1 simultaneously for different rest-frame bands (B, I, and K) and for different selection criteria on colour and morphology. It also provides a framework in which apparently contradictory results on the recent evolution of the LF of massive red galaxies can be reconciled, just considering that observed samples of red galaxies can be significantly contaminated by DSFs. The model proves that it is feasible to build up ∼50-60% of the present-day number density of mETGs at z≲1 through the coordinated action of wet, mixed, and dry major mergers, fulfilling global trends that are in general agreement with mass downsizing. The bulk of this assembly takes place during ∼1 Gyr elapsed at 0.8 < z < 1, providing a straightforward explanation for the observed fact that redshift z ∼ 0.8 is a transition epoch in the formation of mETGs. The gas-rich progenitors of these recently assembled mETGs reproduce the observed excess by a factor of ∼4-5 of late-type galaxies at 0.8 < z < 1 naturally, as compared to pure luminosity evolution (PLE) models. Conclusions. The model suggests that major mergers have been the main driver for the observed mass migration from the massive end of the blue galaxy cloud to that of the red sequence in the past ∼8 Gyr.

연구 동기 및 목표

• z ≲1에서 관측된 주요 융합만으로 질량이 큰 초기형은피성은(mETG)의 형성이 설명될 수 있는지 시험하기 위해.
• 계층적 은하 형성과 질량 감소 경향 사이의 명백한 모순을 해소하기 위해.
• 관측 편향(특히 조상 편향과 먼지로 빛이 약해진 별 형성은피성은, DSF)이 mETG 광도 함수 진화 해석에 미치는 역할을 평가하기 위해.
• 관측된 mETG 수 밀도의 변화가 없음을 z ≈1까지 관측한 것이 내재된 진화 때문인지 관측 체계적 오차 때문인지를 규명하기 위해.

제안 방법

• 모델은 각 적색편이에서 관측된 융합 비율만을 사용하여, z ≈0에서 z ≈1까지 질량이 큰 초기형은피성은(mETG, log(M*/M⊙) > 11)의 역행적 진화를 추적한다.
• 각 주요 융합이 새로운 mETG를 생성한다고 가정하며, 가스가 풍부한 융합은 일시적인 먼지로 빛이 약해진 별 형성(즉, DSF) 단계를 생성한다.
• 모델은 LSJ09에서 확보한 관측 융합 비율을 사용하여 각 적색편이 구간에서 융합 수를 제약한다.
• 모델은 다양한 선택 기준(색상, 형상, 스펙트럼 유형)에서 예측된 광도 함수(LF)를 실제 관측 데이터와 비교한다.
• 지역 은하 조사(GOYA)에서 유도된 경험적 관계를 사용하여 B 및 r∗ 대역 간의 등급 변환을 수행하며, 디스크 및 초기형은피성은 모두에 대해 M(B) ∝ M(r∗)를 가정한다.
• N03과 C03의 데이터를 조합하여 관측된 국지 LF를 형상 유형(E-S0a, Sa-Sab 등)으로 분해함으로써, 대역과 형상 간 일관성을 확보한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 z ≲1에서 mETG의 수 밀도 증가가 추가 물리적 과정 없이 관측된 주요 융합만으로 설명될 수 있는가?
• RQ2 특히 DSF와 같은 관측 오염물질이 mETG 광도 함수 진화 해석에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ3 모델은 계층적 융합 기반의 구조 형성과 질량 감소 경향(질량이 큰 은하가 덜 질량을 가진 은하보다 일찍 형성됨)을 어떻게 조화롭게 설명하는가?
• RQ4 현재의 mETG 중 약 몇 퍼센트가 z ≈1에서 z ≈0.8 사이의 융합으로 형성되었으며, 이 형성의 정점은 언제인가?
• RQ5 모델은 순수 광도 진화(PLE) 모델에 비해 0.8 < z < 1에서 늦은 형상의 은하 과잉을 자연스럽게 재현하는가?

주요 결과

• 모델은 mETG의 광도 함수(LF) 진화를 주관측 B, I, K 대역과 다양한 선택 기준(색상, 형상, 스펙트럼 유형)에서 관측 결과와 잘 일치시킨다.
• 모델은 현재의 mETG 수 밀도 중 약 50–60%가 습기 있는, 혼합된, 건조한 주요 융합의 공조적 작용을 통해 형성될 수 있음을 보여준다.
• mETG 형성의 대부분은 0.8 < z < 1의 좁은 적색편이 창에서 발생하며, 이는 z ≈0.8가 mETG 형성의 전환 시점임을 설명한다.
• 모델은 가스가 풍부한 융합의 일시적인 DSF 단계 덕분에 관측된 0.8 < z < 1에서의 늦은 형상 은하 과잉(약 4–5배)을 자연스럽게 재현한다.
• 모델은 DSF가 빨간선에서 샘플에 오염될 수 있음을 보여주며, 이는 mETG 수 밀도의 변화가 거의 없어 보이는 현상이 관측 오염 때문일 수 있음을 설명함으로써 문헌에서의 명백한 모순을 해결한다.
• 지역 은하에 대해 M(B)–M(r∗) 선형 관계를 가정하는 것이 잔차 < 0.01의 정도로 정확하게 유지되며, 이는 LF 분해 및 변환 절차의 신뢰성을 뒷받침한다.