[논문 리뷰] Stellar populations of galaxies in the ALHAMBRA survey up to $z \sim 1$. III. The stellar content of the quiescent galaxy population during the last $8$ Gyr

L. A. Díaz-García, A. J. Cenarro외 28명|arXiv (Cornell University)|2018. 02. 19.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 193인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 ALHAMBRA 설문조사에서 적색편이 z ~ 1까지의 휴면은하의 별집단을 다중필터 광도측정과 별집단합성모델을 사용하여 분석하여 질량가중 평균 중성율, 먼지 흡수율, 그리고 별 형성 역사 제약 조건을 도출한다. 연구 결과, 별질량 감소와 적색편이 증가에 따라 중성율이 체계적으로 감소하는 경향을 보이며, 다양한 단일성별모델(SSP) 간 일관된 결과를 얻었고, EMILES 모델에서는 A_V ~ 0.2 수준에서 먼지 흡수율이 상대적으로 균일한 것으로 나타나, 관측된 경향을 설명하기 위해 융합과 잔류 별 형성 등을 포함한 복잡한 진화 경로가 필요하다는 것을 시사한다.

ABSTRACT

We aim at constraining the stellar population properties of quiescent galaxies. These properties reveal how these galaxies evolved and assembled since $z\sim1$ up to the present time. Combining the ALHAMBRA multi-filter photo-spectra with the SED-fitting code MUFFIT, we build a complete catalogue of quiescent galaxies via the dust-corrected stellar mass vs colour diagram. This catalogue includes stellar population properties, such as age, metallicity, extinction, stellar mass and photometric redshift, retrieved from the analysis of composited populations based on two independent sets of SSP models. We develop and apply a novel methodology to provide, for the first time, the analytic probability distribution functions (PDFs) of mass-weighted age, metallicity, and extinction of quiescent galaxies as a function of redshift and stellar mass. We adopt different star formation histories to discard potential systematics in the analysis. The number density of quiescent galaxies is found to increase since $z\sim1$, with a more substantial variation at lower mass. Quiescent galaxies feature extinction $A_V<0.6$, with median values in the range $A_V = 0.15\mathrm{-}0.3$. At increasing stellar mass, quiescent galaxies are older and more metal rich since $z\sim1$. A detailed analysis of the PDFs reveals that the evolution of quiescent galaxies is not compatible with passive evolution and a slight decrease is hinted at median metallicity $0.1\mathrm{-}0.2$~dex. The intrinsic dispersion of the age and metallicity PDFs show a dependence with stellar mass and/or redshift. These results are consistent with both sets of SSP models and the alternative SFH assumptions explored. Consequently, the quiescent population must undergo an evolutive pathway including mergers and/or remnants of star formation to reconcile the observed trends, where the `progenitor' bias should also be taken into account.

연구 동기 및 목표

• 최근 8 Gyr 동안의 휴면은하의 별 구성 특성을 ALHAMBRA 설문조사의 다중필터 광도측정을 통해 기술하기 위해.
• 휴면은하에서 질량가중 평균 중성율과 먼지 흡수율이 별질량과 적색편이에 따라 어떻게 달라지는지 규명하기 위해.
• 다양한 별집단합성모델과 별 형성 역사를 가정할 경우 유도된 물리적 성질에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 모델 선택과 핵심 관계(예: MZR 및 다운사이징)에 대한 제약 조건에서 발생하는 체계적 오차를 평가하기 위해.
• 수집된 경향, 즉 수밀도, 중성율, 흡수율 PDF 폭 간의 상관관계를 다중 시나리오 진화 모델을 통해 통합하기 위해.

제안 방법

• ALHAMBRA 광도측정에서 유도된 물리적 성질을 도출하기 위해 BC03 및 EMILES 별집단합성모델을 사용한 별집단합성(SPS) 모델링.
• 스펙트럼에너지분포(SED) 피팅을 위해 모델의 격자망을 사용하여 별질량, 중성율, 먼지 흡수율, 별 형성 역사를 추정하기 위해.
• 중성율과 흡수율의 확률밀도함수(PDF) 분석을 통해 질량과 적색편이에 따른 산란성과 의존성 정량화.
• 일정한 흡수율, 태양 중성율, 닫힌 상자 enrichment, 냉각가스 유입 등의 제약 조건을 체계적으로 테스트하여 모델 민감도 평가.
• 다른 SSP 모델 세트와 가정 간 결과 비교를 통해 체계적 오차 정량화.
• 0.6–1.7 μm 범위의 40개의 좁은 대역을 포함한 다중필터 광도측정 데이터를 활용하여 SED 해상도 향상과 파rameter의 기울기 제거.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 휴면은하의 질량가중 평균 중성율은 별질량과 적색편이에 따라 어떻게 변화하는가? (z ~ 1까지)
• RQ2 휴면은하에서 먼지 흡수율은 별질량과 적색편이에 따라 어떻게 달라지며, SSP 모델 선택에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ3 다른 별 형성 역사를 가정할 경우와 모델 제약 조건이 유도된 별집단 성질에 미치는 영향은 어느 정도인가?
• RQ4 모델 선택에서 발생하는 체계적 오차는 중성율과 흡수율 결정의 통계적 오차보다 더 큰가?
• RQ5 수집된 경향, 즉 수밀도, 중성율 PDF 폭, 흡수율 간의 상관관계를 설명하기 위해 어떤 진화 시나리오가 필요할까?

주요 결과

• 모든 SSP 모델에서 독립적으로 0.1–0.2 dex의 질량가중 평균 중성율 감소가 낮은 별질량에서 관측된다.
• 질량가중 평균 중성율 PDF 폭은 별질량 감소와 함께 증가하며, 고적색편이에서 더 넓어져 낮은 질량과 초기 시기에 중성율의 다양성이 더 크다는 것을 시사한다.
• 먼지 흡수율 값은 항상 낮은 편이며, 중앙값 A_V는 0.15에서 0.3 사이이며, 모든 질량 및 적색편이 범주에서 EMILES 모델에서는 A_V ~ 0.2로 균일하다.
• BC03 모델의 경우 흡수율은 별질량 증가와 함께 증가하고 적색편이 증가와 함께 감소하는 경향을 보이며, EMILES 모델은 질량이나 적색편이에 관계없이 A_V ~ 0.2로 균일하다.
• 흡수율 PDF 폭 또한 적색편이 증가와 함께 증가하여 초기 시기에 먼지 함량의 산란성이 더 크다는 것을 시사한다.
• 모델 가정에서 발생하는 체계적 오차는 통계적 오차를 초월할 수 있으나, 주요 결론, 특히 융합과 '프로즌' (잔류 별 형성)를 포함한 다수의 진화 경로가 데이터를 설명하기 위해 필요하다는 점은 변화가 없다.