[논문 리뷰] Strong size evolution of the most massive galaxies since z~2

Ignacio Trujillo, Christopher J. Conselice외 4명|2007. 09. 05.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 팔로마/DEEP2 설문과 허블 우주망원경/ACS를 이용한 깊은 영상 데이터를 바탕으로 z ∼ 2에서 831개의 매우 거대한 은하(M⋆ ≥ 10¹¹ h₇₀⁻² M☉)의 크기 진화를 분석한다. 강력한 크기 진화가 발견되었으며, 특히 구형형 은하에서 두드러지게 나타나, z ∼ 1.5에서의 거대한 시스템은 현재의 지역 대응체보다 약 4배 작았고, 밀도는 약 100배 높았다. 이는 우주 시간 동안 건조 합성으로 인해 크기가 크게 증가했음을 시사하며, 순수 단일 형성 시나리오를 배제한다.

ABSTRACT

Using the combined capabilities of the large near-infrared Palomar/DEEP-2 survey, and the superb resolution of the ACS HST camera, we explore the size evolution of 831 very massive galaxies (M*>10^{11}h_{70}^{-2}M_sun) since z~2. We split our sample according to their light concentration using the Sersic index n. At a given stellar mass, both low (n<2.5) and high (n>2.5) concentrated objects were much smaller in the past than their local massive counterparts. This evolution is particularly strong for the highly concentrated (spheroid-like) objects. At z~1.5, massive spheroid-like objects were a factor of 4(+-0.4) smaller (i.e. almost two orders of magnitudes denser) than those we see today. These small sized, high mass galaxies do not exist in the nearby Universe, suggesting that this population merged with other galaxies over several billion years to form the largest galaxies we see today.

연구 동기 및 목표

• z ∼ 2 이후 우주 시간 동안 가장 거대한 은하(M⋆ ≥ 10¹¹ h₇₀⁻² M☉)의 크기 진화를 조사하기 위해.
• 고적색에서의 크기-질량 관계를 측정하여 이러한 은하가 단일 붕괴 또는 계층적 합성으로 진화했는지 테스트하기 위해.
• z ∼ 1.5에서 큰 크기의 잘 해상도가 확보된 거대 은하 샘플을 분석하여 형성 모델의 모호함을 해결하기 위해.
• 고적색에서 관측된 밀도 높은 거대 은하가 현재의 지역 은하 집단에 존재하는지 여부를 규명하기 위해.
• 크기 진화의 정도와 그 구조 농도(Sérsic 지수 n)에 따른 의존성, 특히 거대 은하에 대해 정량화하기 위해.

제안 방법

• z ∼ 2에서 거대 은하의 정확한 크기를 측정하기 위해 팔로마/DEEP2 설문의 근적외선 영상과 고해상도 HST/ACS 영상을 융합하였다.
• 은하의 형태를 낮은 농도(n < 2.5, 디스크형)와 높은 농도(n > 2.5, 구형형)로 분류하기 위해 Sérsic 지수(n)를 사용하였다.
• 831개의 거대 은하에 대해 반광도 반경(rₑ)과 항성 질량(M⋆)을 측정하여 고적색에서의 항성 질량-크기 관계를 구축하였다.
• 관측된 크기 진화를 계층적 합성 모델 예측과 단일 붕괴 시뮬레이션 예측과 비교하였다.
• 관측 오차로 인한 밀도의 오염을 방지하기 위해 K보정 및 AGN 오염에 대한 보정을 실시하였다.
• 고정 질량에서 관측된 크기와 현재의 크기 비율을 사용하여 적색편이에 따른 크기 진화를 정량화하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 z ∼ 2 이후 가장 거대한 은하의 크기는 어떻게 진화했는가?
• RQ2 구형형(높은 Sérsic 지수) 거대 은하가 디스크형(낮은 Sérsic 지수) 시스템보다 더 강한 크기 진화를 보이는가?
• RQ3 고적색에서 관측된 밀도 높은 거대 은하(z ∼ 1.5)는 지역 거대 은하 집단과 일치하는가?
• RQ4 습윤 또는 건조 합성과 같은 메커니즘이 이들 은하의 관측된 크기 진화를 설명할 수 있는가?
• RQ5 관측된 크기 진화는 순수 단일 붕괴 모델과 일치하는가, 아니면 계층적 합성 시나리오와 일치하는가?

주요 결과

• z ∼ 1.5에서 높은 농도의 구형형 은하(n > 2.5)는 지역 대응체보다 4.0 ± 0.4배 작았으며, 이는 강력한 크기 진화를 시사한다.
• 크기 진화는 높은 농도(구형형) 시스템에서 가장 두드러지게 나타났으며, 우주 시간 동안 밀도가 100배 증가하였다.
• 고적색에서 관측된 밀도 높은 거대 은하는 현재의 지역 우주에는 존재하지 않으며, 합성 과정을 통해 오늘날의 거대 타원은하로 진화했다는 것을 시사한다.
• 관측된 크기 진화는 은하 형성 후 크기가 변화하지 않는 순수 단일 붕괴 모델과 일치하지 않는다.
• 건조 합성이 크기 증가의 타당한 메커니즘이며, 단지 두 차례의 주요 건조 합성만으로도 z ∼ 1.5의 밀도 높은 은하가 현재의 크기로 진화할 수 있다.
• 결과는 초기 단일 붕괴 유사 형성과 이후 계층적 건조 합성을 통한 크기 성장을 포함하는 이단계 형성 시나리오를 지지한다.