[논문 리뷰] Scaling relations of cluster elliptical galaxies at z~1.3. Distinguishing luminosity and structural evolution

P. Saracco, A. Casati외 11명|arXiv (Cornell University)|2014. 01. 22.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 83인용 수 16

한 줄 요약

이 연구는 z~1.3에서 16개의 거대 은하핵 타원은하를 크기-표면 brightness 및 크기-질량 스케일링 관계를 사용하여 분석하여 그 진화 상태를 평가한다. 국지 은하단 샘플과 비교함으로써 저자들은 이러한 은하들이 이미 대부분의 별질량 성장을 마쳤으며, 국지 스케일링 관계를 위반하지 않으려면 크기나 질량의 상당한 진화를 견딜 수 없다고 밝히며, 이는 크기 진화가 주로 타원은하가 아닌 디스크 은하에 의해 이뤄진다는 것을 시사한다.

ABSTRACT

[Abridged] We studied the size-surface brightness and the size-mass relations of a sample of 16 cluster elliptical galaxies in the mass range 10^{10}-2x10^{11} M_sun which were morphologically selected in the cluster RDCS J0848+4453 at z=1.27. Our aim is to assess whether they have completed their mass growth at their redshift or significant mass and/or size growth can or must take place until z=0 in order to understand whether elliptical galaxies of clusters follow the observed size evolution of passive galaxies. To compare our data with the local universe we considered the Kormendy relation derived from the early-type galaxies of a local Coma Cluster reference sample and the WINGS survey sample. The comparison with the local Kormendy relation shows that the luminosity evolution due to the aging of the stellar content already assembled at z=1.27 brings them on the local relation. Moreover, this stellar content places them on the size-mass relation of the local cluster ellipticals. These results imply that for a given mass, the stellar mass at z~1.3 is distributed within these ellipticals according to the same stellar mass profile of local ellipticals. We find that a pure size evolution, even mild, is ruled out for our galaxies since it would lead them away from both the Kormendy and the size-mass relation. If an evolution of the effective radius takes place, this must be compensated by an increase in the luminosity, hence of the stellar mass of the galaxies, to keep them on the local relations. We show that to follow the Kormendy relation, the stellar mass must increase as the effective radius. However, this mass growth is not sufficient to keep the galaxies on the size-mass relation for the same variation in effective radius. Thus, if we want to preserve the Kormendy relation, we fail to satisfy the size-mass relation and vice versa.

연구 동기 및 목표

• z~1.3에서의 거대 은하핵 타원은하가 별질량 성장을 완료했는지 여부를 규명하기 위해.
• 관측된 수동은하의 크기 진화가 개별 타원은하에 의해 유도되는지 여부를 평가하기 위해.
• 광도 및 구조적 진화가 국지 스케일링 관계(코르멘디 및 크기-질량 관계)를 위반하지 않도록 공존할 수 있는지 시험하기 위해.
• 고적색도 은하핵 타원은하를 국지 은하단 샘플과 비교하여 질량, 크기, 광도 진화를 분리하기 위해.
• 유사 적색도에서의 은하단 환경이 현장 타원은하와 비교해 다를 수 있는 진화 양상이 있는지 평가하기 위해.

제안 방법

• GALFIT를 사용하여 F850LP 대역 ACS 영상에서 효과적 반경, 표면 밝기 및 총 등급을 측정하여 Sersic 프로파일을 피팅함.
• 표면 밝기의 최소 5 magnitudes에 걸쳐 표면 밝기 프로파일을 피팅하여 구조적 파rameter 추정의 신뢰성을 확보함.
• 국지 기준 샘플(Coma 은하단 및 WINGS 조사)과 고적색도 은하를 비교하여 Kormendy 및 크기-질량 관계에서의 진화를 평가함.
• 광도에서 연령 및 별질량을 추정하기 위해 별집단 합성 모델(BC03 및 CB07)을 사용함.
• 순수한 크기 진화, 순수한 광도 진화, 병합된 진화를 국지 스케일링 관계와 비교하여 진화 경로를 평가함.
• 다양한 진화 시나리오 하에서 관측된 은하가 국지 관계와 일치하는지 평가하여 허용 가능한 진화 경로를 제약함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 z~1.3에서의 거대 은하핵 타원은하는 이미 별질량 성장을 마쳤는가, 아니면 여전히 진화 중인가?
• RQ2 수동은하의 관측된 크기 진화는 개별 타원은하가 시간이 지남에 따라 크기가 커지면서 설명될 수 있는가?
• RQ3 수동은하의 관측된 크기 진화는 주로 타원은하에 의해 유도되는가, 아니면 다른 형태 유형에 의해 유도되는가?
• RQ4 z~1.3에서의 은하단 타원은하는 국지 타원은하와 동일한 Kormendy 및 크기-질량 관계를 따르는가, 그리고 이는 그들의 진화 역사에 어떤 함의를 지니는가?
• RQ5 유사 적색도에서 은하단 타원은하는 현장 타원은하와 비교해 진화 행동에 차이가 있는가?

주요 결과

• 수동 별집단 노화를 고려할 경우 관측된 은하는 국지 Kormendy 관계 위에 위치하며, 이는 광도 진화만으로도 국지 스케일링 관계에 맞춰진다는 것을 시사한다.
• z~1.3에서의 별질량 분포는 국지 타원은하와 동일한 별질량 프로파일을 따르며, 질량 분포의 상당한 구조적 진화가 없다는 것을 의미한다.
• 순수한 크기 진화(심지어는 경미한 경우라도)는 배제된다. 왜냐하면 이는 Kormendy 및 크기-질량 관계 양쪽에서 은하들을 이격시키기 때문이다.
• 어떤 크기 증가 역시 광도 및 별질량의 해당 증가와 상쇄되어야 국지 관계 위에 유지될 수 있으나, 이러한 조합은 동시에 두 관계를 충족시키지 못한다.
• Kormendy 및 크기-질량 관계에서의 병합 제약은 이러한 은하들이 크기나 질량을 상당히 증가시킬 수 없음을 보여주며, 이는 z~1.3에서 대부분의 질량 구조가 이미 완료되었다는 것을 시사한다.
• 결과는 수동은하의 관측된 크기 진화가 타원은하에 의해 유도되는 것이 아니라, 주로 디스크 은하에 의해 이뤄지며, 다른 연구들과 일치함을 시사한다.