[논문 리뷰] Probing early-type galaxy evolution with the Kormendy relation

B. Ziegler, R. P. Saglia외 4명|arXiv (Cornell University)|1999. 03. 15.

Astronomy and Astrophysical Research참고 문헌 1인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 휴머니드 관계(μₑ–logRₑ)를 이용해 휴머니드 관계(μₑ–logRₑ)를 이용해 원거리 은하단(z=0.4–0.55)의 초기형은하(E/S0/Sa)의 진화를 탐구한다. HST 표면 밝기 프로파일을 분석하고 현실적인 K보정을 적용함으로써, 관계의 기울기가 적색편이에 따라 유의미하게 변화하지 않음을 발견하였으며, 빛의 진화는 z₈ > 2인 수동적 진화 모델과 낮은 수준의 지속적 별 형성(시간 상수 τ ≈ 1 Gyr) 모델 모두와 일치한다.

ABSTRACT

We investigate the evolution of early-type galaxies in four clusters at z=0.4 (Abell370, Cl0303+17, Cl0939+47 and Cl1447+26) and in one at z=0.55 (Cl0016+16). The galaxies are selected according to their spectrophotometrically determined spectral types and comprise the morphological classes E, S0 and Sa galaxies. Structural parameters are determined by a two-component fitting of the surface brightness profiles derived from HST images. Exploring a realistic range of K-corrections using Bruzual and Charlot models, we construct the rest-frame B-band Kormendy relations (mu_e-log(R_e)) for the different clusters. We do not detect a systematic change of the slope of the relation as a function of redshift. We discuss in detail how the luminosity evolution, derived by comparing the Kormendy relations of the distant clusters with the local one for Coma, depends on various assumptions and give a full description of random and systematic errors by exploring the influences of selection bias, different star formation histories and K-corrections. Early-type galaxies with modest disk components (S0 and Sa) do not differ significantly in their evolution from disk-less ellipticals. The observed luminosity evolution is compatible with pure passive evolution models (with redshift of formation z>2) but also with models that allow ongoing star formation on a low level, like exponentially decaying star formation models with an e-folding time of tau=1 Gyr.

연구 동기 및 목표

• 고적색편이(z ≈ 0.4–0.55)에서 초기형은하(E, S0, Sa)의 구조적 및 빛의 진화를 휴머니드 관계를 통해 탐구하기.
• 휴머니드 관계의 기울기가 적색편이에 따라 진화하는지 여부를 확인하여 은하 형성 및 진화 모델을 시험하기.
• 선택 편향, 별 형성 역학, K보정이 유도하는 빛의 진화 추정에 미치는 영향 평가하기.
• 관측된 원거리 은하단의 휴머니드 관계를 국지적 코마 은하단 관계와 비교하여 진화 모델 제약하기.

제안 방법

• HST 이미징을 통한 스펙트로포호스펙트럼 스펙트럼 유형을 이용해 z ≈ 0.4인 네 개의 은하단과 z ≈ 0.55인 하나의 은하단에서 초기형은하 선별.
• 효과 반경(Rₑ)과 표면 밝기(μₑ)를 유도하기 위해 표면 밝기 프로파일을 이중성분 모델(구형핵 + 디스크)로 피팅.
• 관측된 등급을 휴머니드 관계(μₑ vs. logRₑ)로 변환하기 위해 브루즈알 & 샤로트 별 인구 합성 모델을 이용해 현실적인 K보정 적용.
• 각 은하단에 대해 휴머니드 관계를 구성하고 국지적 코마 은하단 관계와 비교.
• 선택 편향, 별 형성 역학 변화, K보정 불확실성에 대한 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 체계적 오차 및 무작위 오차 정량화.
• 순수 수동적 진화 모델과 지수 감소하는 별 형성(τ = 1 Gyr) 모델을 관측 데이터와 비교 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 z ≈ 0.4에서 z ≈ 0.55 사이의 초기형은하에서 휴머니드 관계 기울기가 적색편이에 따라 진화하는가?
• RQ2 초기형은하의 관측된 빛의 진화는 수동적 진화 모델과 활동적인 별 형성 모델 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 선택 효과, K보정, 별 형성 역학 가정이 유도하는 진화 추정에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ4 약간의 디스크 성분을 가진 S0 및 Sa 은하는 고적색편이에서 순수 타원은하(E)와 진화적으로 구별되는가?
• RQ5 원거리 은하단의 휴머니드 관계는 초기형은하의 형성 적색편이(z₈)에 대해 어떤 제약을 가하는가?

주요 결과

• 국지적 코마 은하단과 원거리 은하단(z ≈ 0.4–0.55) 사이에서 휴머니드 관계 기울기에 유의미한 진화가 관측되지 않았다.
• 관측된 빛의 진화는 z₈ > 2인 수동적 진화 모델과 일치한다.
• 데이터는 τ ≈ 1 Gyr인 지수 감소 별 형성 모델과도 일치함을 허용한다.
• 약간의 디스크 성분을 가진 S0 및 Sa 은하는 순수 타원은하와 유의미한 진화적 차이를 보이지 않는다.
• K보정과 선택 편향으로 인한 체계적 오차는 정량화되었으며, 모델 프레임워크 내에서 관리 가능한 것으로 확인되었다.
• 이 연구는 정확한 K보정과 구조 모델링과 함께 휴머니드 관계가 은하 진화 탐구에 매우 강력한 도구임을 입증한다.