[논문 리뷰] Physical properties of galaxies and their evolution in the VIMOS VLT Deep Survey. II. Extending the mass-metallicity relation to the range z=0.89-1.24

E. Pérez‐Montero, T. Contini외 40명|ArXiv.org|2008. 11. 13.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 41인용 수 31

한 줄 요약

이 연구는 VIMOS VLT 딥 서베이의 깊은 스펙트로스코피를 이용해 은하 질량-중금속도 관계를 고적색변위 z ≈ 0.89–1.24로 확장한다. 진단용 발광선 비율과 O2Ne3 경험적 보정을 조합하여, z ≈ 1에서 국소 우주와 비교해 약 0.3 dex 낮은 중금속도를 확인하였으며, z ≈ 0.7에서 z ≈ 1.0 사이에서 관계의 기울기나 형태에 유의미한 진화가 없음을 확인한다.

ABSTRACT

Aims. We present a continuation of our study about the relation between stellar mass and gas-phase metallicity in the VIMOS VLT Deep Survey (VVDS). In this work we extend the determination of metallicities up to redshift = 1.24 for a sample of 42 star-forming galaxies with a mean redshift value of 0.99. Methods. For a selected sample of emission-line galaxies, we use both diagnostic diagrams and empirical calibrations based on [OII] emission lines along with the empirical relation between the intensities of the [OIII] and [NeIII] emission lines and the theoretical ratios between Balmer recombination emission lines to identify star-forming galaxies and to derive their metallicities. We derive stellar masses by fitting the whole spectral energy distribution with a set of stellar population synthesis models. Results. These new methods allow us to extend the mass-metallicity relation to higher redshift. We show that the metallicity determinations are consistent with more established strong-line methods. Taken together this allows us to study the evolution of the mass-metallicity relation up to z = 1.24 with good control of systematic uncertainties. We find an evolution with redshift of the average metallicity of galaxies very similar to those reported in the literature: for a given stellar mass, galaxies at z = 1 have, on average, a metallicity = 0.3 dex lower than galaxies in the local universe. However we do not see any significant metallicity evolution between redshifts z = 0.7 (Paper I) and z = 1.0 (this paper). We find also the same flattening of the mass-metallicity relation for the most massive galaxies as reported in Paper I at lower redshifts, but again no apparent evolution of the slope is seen between z = 0.7 and z = 1.0.

연구 동기 및 목표

• 우주의 별 형성 피크 시대에 해당하는 중요한 간극을 메우기 위해 질량-중금속도(M-Z) 관계의 측정을 더 높은 적색변위(z ≈ 0.89–1.24)로 확장하는 것.
• 관측 제약이 풍부하지 않고 상충되는 경우가 많은 적색변위 범위 z ≈ 0.7–1.0에서 M-Z 관계의 진화를 평가하는 것.
• 고적색변위 은하에서 기체상 중금속도를 유도하기 위해 [O ii]와 [Ne iii] 발광선에 기반한 O2Ne3 파라미터를 사용한 새로운 방법의 유효성을 검증하는 것.
• 고적색변위 중금속도 측정에서 선택 효과와 선 강도 편향에 기인한 체계적 불확실성을 정량화하는 것.

제안 방법

• 신뢰할 수 있는 [O ii], [Ne iii], Hγ 또는 Hδ 발광선 검출를 확보한 VIMOS VLT 딥 서베이의 42개의 별 형성 은하를 선별.
• 진단용 다이어그램을 사용해 [O ii], [Ne iii], Balmer 선 비율 기반으로 별 형성 은하를 식별하고 AGN 오염을 배제.
• O2Ne3 경험적 파라미터—[O ii]와 [Ne iii] 선 강도 간의 관계—를 적용하여 산소 농도를 유도하고, 이론적 Hβ/Hγ 비율에 기반해 보정.
• 은하의 전체 스펙트럼 에너지 분포(SED)를 항성 집단 합성 모델로 피팅하여 불확실성 < 0.3 dex로 항성 질량 유도.
• 표준 강선 보정 방법을 사용한 중금속도와 O2Ne3로 유도한 중금속도를 비교하여 일관성과 선택 편향 평가.
• 깊이 있는 및 넓은 서베이 영역을 분석하여 표본의 균일성과 잠재적 필드 기반 시스템적 편향 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 z ≈ 0.7에서 z ≈ 1.0 사이에서 M-Z 관계가 기울기나 정규화 측면에서 유의미하게 진화하는가?
• RQ2 약한 발광선을 가진 고적색변위 은하에서 O2Ne3 경험적 보정이 중금속도 유도에 얼마나 신뢰할 수 있는가?
• RQ3 신호 대 잡음 비율 요구 조건에 기인한 선택 효과—예를 들어 [O ii]와 [Ne iii] 선에 대한—이 유도된 중금속도 분포에 어느 정도 영향을 미치는가?
• RQ4 관측된 중금속도 진화는 특히 질량이 큰 은하에 대해 계층적 은하 형성 모델과 일치하는가?
• RQ5 유사 적색변위에서 DEEP2와 GOODS와 같은 다른 고적색변위 서베이 결과와 비교해 볼 때 결과는 어떻게 다를까?

주요 결과

• O2Ne3 방법은 표준 강선 보정 방법과 일관된 중금속도 추정을 제공하여 고적색변위 연구에서의 활용 가능성을 검증한다.
• z ≈ 1에서 은하의 평균 중금속도는 같은 항성 질량을 가진 국소 은하보다 약 0.3 dex 낮으며, 이는 우주의 화학적 진화를 확인한다.
• 작은 표본 크기에도 불구하고 z ≈ 0.7에서 z ≈ 1.0 사이에서 M-Z 관계의 기울기나 정규화에 유의미한 진화가 관측되지 않는다.
• 질량이 큰 은하의 M-Z 관계가 평탄해지는 경향은 고적색변위에서도 유지되며, 이는 이전 논문(Paper I)에서 저적색변위에서의 결과와 일치한다.
• 약한 발광선 검출 편향에 기인한 선택 효과는 다소 낮은 중금속도 은하를 선호할 수 있으나, 전반적인 추세에 큰 영향을 주지 않는다.
• DEEP2와 GOODS 서베이의 독립적 연구 결과와 일치하며, 이들 역시 z ≈ 1에서 약 0.2–0.3 dex 낮은 중금속도를 보고한다.