[논문 리뷰] Study of star-forming galaxies in SDSS up to redshift 0.4 II. Evolution from the fundamental parameters: mass, metallicity & SFR

M. A. Lara-López, Á. Bongiovanni외 6명|arXiv (Cornell University)|2010. 03. 29.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 141인용 수 43

한 줄 요약

이 연구는 적색이동 0.0–0.4 범위에서 SDSS DR5의 은하들을 대상으로 S2N2 진단도표(log(Hα/[S ii]) 대비 log(Hα/[N ii]))를 사용하여 은하 형성, 복합, AGN 은하를 분류한다. S2N2 도표가 은하 유형을 신뢰성 있게 분리함을 보여주며, 적색이동에 따라 진화하는 경향을 드러낸다: z ≈ 0.35에서 금속성 농도가 약 0.2 dex 낮고, SFR는 더 높으며, 늦은 유형의 형태를 띠며, 이는 금속성 진화와 형태에 따라 달라지는 은하 형성에 기인한다. 연구 결과는 특히 고적색이동에서 은하 형태가 질량-금속성 및 SFR-금속성 관계를 해석하는 데 핵심적인 역할을 한다는 점을 강조한다.

ABSTRACT

To understand the formation and evolution of galaxies, it is important to have a full comprehension of the role played by the metallicity, star formation rate (SFR), morphology, and color. The interplay of these parameters at different redshifts will substantially affect the evolution of galaxies and, as a consequence, the evolution of them will provide important clues and constraints on the galaxy evolution models. In this work we focus on the evolution of the SFR, metallicity of the gas, and morphology of galaxies at low redshift in search of signs of evolution. We use the S2N2 diagnostic diagram as a tool to classify star--forming, composite, and AGN galaxies. We analyzed the evolution of the three principal BPT diagrams, estimating the SFR and specific SFR (SSFR) for our samples of galaxies, studying the luminosity and mass-metallicity relations, and analyzing the morphology of our sample of galaxies through the g-r color, concentration index, and SSFR. We found that the S2N2 is a reliable diagram to classify star--forming, composite, and AGNs galaxies. We demonstrate that the three principal BPT diagrams show an evolution toward higher values of [OIII]5007/Hb due to a metallicity decrement. We found an evolution in the mass-metallicity relation of ~ 0.2 dex for the redshift range 0.3 < z < 0.4 compared to our local one. From the analysis of the evolution of the SFR and SSFR as a function of the stellar mass and metallicity, we discovered a group of galaxies with higher SFR and SSFR at all redshift samples, whose morphology is consistent with those of late-type galaxies. Finally, the comparison of our local (0.04<z<0.1) with our higher redshift sample (0.3<z<0.4), show that the metallicity, the SFR and morphology, evolve toward lower values of metallicity, higher SFRs, and late--type morphologies for the redshift range 0.3<z<0.4

연구 동기 및 목표

• 저적색이동 은하 형성 은하에서 은하 형성률(SFR), 가스 금속성, 은하 형태의 진화를 이해한다.
• S2N2 진단도표(log(Hα/[S ii]) 대비 log(Hα/[N ii]))가 은하 형성, 복합, AGN 은하를 분류하는 데 신뢰도가 있는지 평가한다.
• BPT 진단도표의 진화를 추적하고, 적색이동 구간에 따라 금속성 및 이온화 조건에 미치는 영향을 분석한다.
• 질량-금속성(M–Z) 및 빛줄기-금속성(L–Z) 관계의 진화와 그 적색이동 의존성을 조사한다.
• 은하 형태(늦은 유형 대비 이른 유형)와 SFR/SSFR 진화 간의 연관성을 조사한다.

제안 방법

• 적색이동 0.1 간격으로 z ≈ 0.0에서 z ≈ 0.4까지의 SDSS-DR5 데이터를 사용하여 등급 완전성 확보.
• STARLIGHT 스펙트럼 합성 코드를 적용하여 은하대체 인자 및 먼지 흡수 보정.
• 발광선 강도 기반 R23 방법을 사용하여 가스 금속성을 추정.
• S2N2 진단도표를 사용하여 은하를 은하 형성, 복합, AGN 유형으로 분류하고, Kewley 등(2001) 및 Kauffmann 등(2003)의 기준과 비교.
• 적색이동 구간에 걸쳐 세 가지 주요 BPT 도표([N ii]/Hα, [S ii]/Hα, [O i]/Hα 대비 [O iii]/Hβ)의 진화 분석.
• 은하 형태 추론 및 분류 검증을 위해 g−r 색상, 농도 지수(R90/R50), 특별 SFR(SSFR)를 사용.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 표준 BPT 도표와 비교할 때 S2N2 진단도표(log(Hα/[S ii]) 대비 log(Hα/[N ii]))는 은하 형성, 복합, AGN 은하 분류에 얼마나 효과적인가?
• RQ2 BPT 도표에서 [O iii]λ5007/Hβ 비율의 적색이동 진화는 무엇이며, 금속성 진화와 어떻게 연관되는가?
• RQ3 z ≈ 0.0에서 z ≈ 0.4로의 질량-금속성(M–Z) 관계는 어떻게 진화하며, 은하 형태는 이 진화에 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 다양한 적색이동 구간에서 SFR, SSFR, 금속성 간의 관계는 어떻게 되며, 은하 형성 주요 시퀀스와 어떻게 연관되는가?
• RQ5 형태 지표(g−r 색상, 농도 지수, SSFR)는 고적색이동 은하에서 SFR 및 금속성 진화와 어떻게 상관되는가?

주요 결과

• S2N2 진단도표는 은하 형성, 복합, AGN 은하 분류에 신뢰성 있고 효과적인 도구이며, 적색이동 구간 전반에서 일관된 분리가 이루어진다.
• BPT 도표에서 [O iii]λ5007/Hβ 비율이 금속성 감소에 따라 뚜렷하게 증가함을 보여주며, 고적색이동에서 금속성이 낮음을 시사한다.
• z ≈ 0.35에서 국소(z ≈ 0.05) 표본보다 질량-금속성(M–Z) 관계가 약 0.2 dex 낮게 진화하며, z > 0.1에서 M–Z 관계의 평탄한 고질량 끝부분은 주로 늦은 유형 은하에 의해 지배된다.
• z ≈ 0.35에서 국소 은하보다 SFR과 SSFR이 더 높으며, 특히 늦은 유형 은하에서 뚜렷한 은하 형성 활동 증가가 관측된다.
• z ≈ 0.35에서 은하 형태는 주로 늦은 유형이며, g−r < 0.6 및 log(SSFR) > 10로 확인되며, 이는 높은 SFR과 낮은 금속성과 강하게 상관된다.
• 늦은 유형 은하가 고적색이동에서 고SFR 꼬리 부분을 지배하며, SFR-금속성 및 SFR-질량 관계에 형태 의존성이 있음을 확인하며, 형태는 은하 진화에서 관측된 경향성에 중대한 영향을 미친다.