[논문 리뷰] Physical properties of galaxies and their evolution in the VIMOS VLT Deep Survey. I. The evolution of the mass-metallicity relation up to z~0.9

F. Lamareille, J. Brinchmann외 44명|ArXiv.org|2008. 11. 13.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 101인용 수 49

한 줄 요약

이 연구는 VIMOS VLT Deep Survey의 분광 데이터를 사용하여 별 형성은 우주에서 z ~ 0.9까지 질량-중금속도관계(MZR)의 진화를 조사한다. 기체상 산소 농도와 별 성분 질량을 SED 피팅 및 발광선 진단법을 통해 측정함으로써, 저자들은 고적색도에서 MZR가 평탄해지는 경향을 발견하였으며, 이는 질량이 큰 은하에서 중금속도 진화가 더 강하게 일어남을 시사한다. 이는 저질량 시스템에서 피드백에 의해 금속이 밖으로 쏟아져 나가는 질량에 의존하는 효율적 수확률을 포함하는 개방-폐쇄 모델에 의해 가장 잘 설명된다.

ABSTRACT

We derive the mass-metallicity relation of star-forming galaxies up to $z\sim0.9$, using data from the VIMOS VLT Deep Survey. Automatic measurement of emission-line fluxes and equivalent widths have been performed on the full spectroscopic sample. This sample is divided into two sub-samples depending on the apparent magnitude selection: wide ($I_{\mathrm{AB}}<22.5$) and deep $I_{\mathrm{AB}}<24$). These two samples span two different ranges of stellar masses. Emission-line galaxies have been separated into star-forming galaxies and active galactic nuclei using emission line ratios. For the star-forming galaxies the emission line ratios have also been used to estimate gas-phase oxygen abundance, using empirical calibrations renormalized in order to give consistent results at low and high redshifts. The stellar masses have been estimated by fitting the whole spectral energy distributions with a set of stellar population synthesis models. We assume at first order that the shape of the mass-metallicity relation remains constant with redshift. Then we find a stronger metallicity evolution in the wide sample as compared to the deep sample. We thus conclude that the mass-metallicity relation is flatter at higher redshift. The observed flattening of the mass-metallicity relation at high redshift is analyzed as an evidence in favor of the open-closed model.

연구 동기 및 목표

• z ~ 0.9까지 별 형성 은하에서 질량-중금속도관계(MZR)의 진화를 측정하기 위해.
• MZR의 형태가 우주 시간에 따라 일정한지 여부를 결정하기 위해.
• 관측된 중금속도 진화의 물리적 메커니즘, 특히 피드백과 별 형성 효율의 역할을 조사하기 위해.
• 다른 별 성분 질량에서 중금속도 진화를 설명하기 위해 폐쇄-박스 모델과 개방-폐쇄 모델의 타당성을 시험하기 위해.
• empirical 보정과 수확률 모델과의 비교를 통해 별 형성 활동의 진화와 중금속도에 미치는 영향을 정량화하기 위해.

제안 방법

• 전체 VIMOS VLT Deep Survey 분광 샘플에 대해 자동으로 발광선 강도와 등가폭을 측정하였다.
• BPT 기준 등과 같은 발광선 진단 다이어그램을 사용하여 은하를 별 형성 및 AGN 유형으로 분류하였다.
• 일관성을 위해 적색도에 걸쳐 재정규화된 경험적 보정법(예: O3N2, R23)을 사용하여 기체상 산소 농도를 추정하였다.
• 별 성분 합성 모델을 사용하여 전체 스펙트럼 에너지 분포(SED)에 피팅함으로써 별 성분 질량을 유도하였다.
• 다양한 질량 범위를 탐색하기 위해 넓은(I_AB < 22.5) 및 깊은(I_AB < 24) 등급 한계 하위샘플로 샘플을 분할하였다.
• 관측된 MZR 진화를 폐쇄-박스 모델과 개방-폐쇄 모델의 예측과 비교하였으며, 중력 포텐셜에 따라 달라지는 효율적 수확률을 통합하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 z ~ 0.9까지 적색도에 따라 질량-중금속도관계(MZR)는 어떻게 진화하는가?
• RQ2 관측된 MZR 진화는 화학적 진화의 폐쇄-박스 모델과 일치하는가?
• RQ3 다른 별 성분 질량에서 별 형성 활동과 피드백의 역할은 MZR 진화에 어떻게 기여하는가?
• RQ4 금속의 효율적 수확률은 은하 질량에 따라 어떻게 변화하며, 이는 은하의 물리적 진화에 어떤 의미를 갖는가?
• RQ5 고적색도에서 관측된 MZR의 평탄해짐은 폐쇄-박스 모델에 비해 개방-폐쇄 모델을 얼마나 잘 지지하는가?

주요 결과

• 고적색도에서 질량-중금속도관계(MZR)가 평탄해지며, 질량이 같은 지역 유사체에 비해 z ~ 0.77에서 더 낮은 중금속도를 보인다.
• 10^9.4 태양질량에서, z ~ 0.77에서의 은하는 지역 우주와 비교해 -0.18 dex 낮은 중금속도를 가진다.
• 10^10.2 태양질량에서, z ~ 0.77에서의 중금속도 결손은 지역 우주와 비교해 -0.28 dex로 증가한다.
• 관측된 MZR 진화는 폐쇄-박스 모델과 일치하지 않으며, 이는 질량에 관계없이 유사한 별 형성 활동이 요구되며, 알려진 질량-별 형성률 상관관계와 모순되기 때문이다.
• 데이터는 저질량 은하가 피드백에 의해 금속을 밖으로 쏟아내기 때문에 효율적 수확률이 낮고, 고질량 은하가 금속을 더 효과적으로 유지함을 지지하는 개방-폐쇄 모델을 지지한다.
• 총 비가역 질량과 관련된 중력 포텐셜에 따라 효율적 수확률이 달라지는 것은, 더 낮은 질량의 은하가 더 높은 별 형성 활동을 보이지만 중금속도 진화가 더 느리게 일어나는 이유를 설명한다.