[논문 리뷰] The galaxy stellar mass function from CCSNe with improved photo-z techniques

Thomas M. Sedgwick, I. K. Baldry외 2명|Liverpool John Moores University|2019. 09. 10.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 1인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 스케일링된 플럭스 매칭을 사용하여 코어 콜라프스 초신성(CCFS)의 주변 은하에 대한 광학적 적색편이(photometric redshift, photo-z) 추정을 향상시켜 더 정확한 항성 질량 측정과 더 강력한 별 형성 은하 항성 질량 함수(GSMF) 제약 조건을 가능하게 한다. 은하 형성은 10⁶.² M⊙까지 단절되지 않음을 발견하였으며, 수치 밀도가 힘의 법칙에 따라 증가함으로써 저질량 은하 형성의 질량 의존적 억제에 대한 증거가 없음을 시사한다.

ABSTRACT

In Sedgwick et al. (2019) we introduced and utilised a method to combat surface brightness and mass biases in galaxy sample selection, using core-collapse supernovae (CCSNe) as pointers towards their host galaxies, in order to: (i) search for low-surface brightness galaxies (LSBGs); (ii) assess the contributions of galaxies at a given mass to the star-formation-rate density (SFRD); and (iii) infer from this, using estimates of specific star-formation (SF) rate, the form of the SF-galaxy stellar mass function (GSMF). A CCSN-selection of SF-galaxies allows a probe of the form of the SFRD and GSMF deep into the dwarf galaxy mass regime. In the present work, we give improved constraints on our estimates of the SFRD and star-forming GSMF, in light of improved photometric redshift estimates required for estimates of galaxy stellar mass. The results are consistent with a power-law increase to SF-galaxy number density down to our low stellar mass limit of $\sim 10^{6.2}$ M$_{\odot}$. No deviation from the high-mass version of the surface brightness - mass relation is found in the dwarf mass regime. These findings imply no truncation to galaxy formation processes at least down to $\sim 10^{6.2}$ M$_{\odot}$.

연구 동기 및 목표

• 코어 콜라프스 초신성(CCFS)을 주변 은하의 추적자로 사용하여 은하 샘플 선택에서 표면 밀도 및 질량 편향을 줄이기 위해.
• 향상된 광학적 적색편이(photo-z) 기법을 사용하여 별 형성 속도 밀도(SFRD) 및 별 형성 은하 항성 질량 함수(GSMF)에 대한 제약 조건을 향상시키기 위해.
• 은하 형성 과정이 낮은 질량에서 단절되는지 분석을 통해 확인하기 위해, 저질량 범위에서의 GSMF 및 표면 밀도-질량 관계를 분석하기 위해.
• 개선된 photo-z 방법이 항성 질량 추정에 미치는 영향과 저질량 은하의 수밀도에 대한 함의를 평가하기 위해.

제안 방법

• SDSS ugriz 광학 측정치와 Stripe 82의 스펙트럼적으로 확인된 은하 기반 훈련 세트를 사용하여, zMedIC 대신 스케일링된 플럭스 매칭(SFM)을 광학적 적색편이 추정에 활용하였다.
• 대상 은하의 플럭스를 기준 샘플의 플럭스와 매칭하기 위한 카이제곱 통계량을 정의하여, 광학 대역 전체에서 잔차를 최소화하였다.
• SExtractor에서 유도된 플럭스 오차를 포함하고, 카이제곱 계산에 광학적 측정 불확실성을 반영하기 위해 분수 오차(0.02–0.05)를 추가하였다.
• 카이제곱과 백분위수 가중치를 기반으로 한 신뢰도 가중치를 도입하여 photo-z 정확도를 향상시키고 체계적 오차를 감소시켰다.
• 개선된 photo-z 추정치를 사용하여 항성 질량을 계산하였으며, k보정 및 표면 밀도 감쇠 보정을 적용하였다.
• 1000회 반복의 몬테카를로 시뮬레이션을 적용하여 적색편이 불확실성을 항성 질량 및 표면 밀도 추정치로 전파하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 저질량에서 별 형성 은하 항성 질량 함수(GSMF)가 전환점이나 단절을 보이며, 일정 질량 이하에서 형성이 억제되는가?
• RQ2 향상된 광학적 적색편이 기법이 저표면 밀도 시스템의 은하 항성 질량 추정 정확도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 저질량 범위에서 표면 밀도-항성 질량 관계에 끊어짐이 존재하는가, 이는 은하 형성 또는 별 형성 과정의 단계 변화를 시사하는가?
• RQ4 CCSNe를 통한 선택이 특히 10⁶.² M⊙ 이하에서 별 형성 난쟁이 은하의 완전한 목록을 제공하는가?

주요 결과

• 별 형성 GSMF는 10⁶.² M⊙까지 연속적인 힘의 법칙 증가를 보이며, 전환점이나 단절의 증거가 없음을 확인하였다.
• 스케일링된 플럭스 매칭을 통한 개선된 photo-z 추정치는 항성 질량 및 SFRD의 불확실성을 감소시켜 GSMF에 대한 더 강력한 제약 조건을 가능하게 하였다.
• 저질량 범위에서 고질량 영역의 표면 밀도-항성 질량 관계에서의 이질성이 관측되지 않아, 연속적인 형성 과정을 지지한다.
• 표면 밀도-질량 관계는 전체 질량 범위에서 선형이며, μ_abs,r,50 ≈ -1.35 log(M/10⁹ M⊙) + 22로 표현되며, 은하 진화의 단계 변화가 없음을 시사한다.
• 이 연구는 CCSN 기반 선택이 저질량 GSMF의 낮은 질량 영역을 효과적으로 탐색함을 확인하였으며, 이전에 간과되었던 저표면 밀도 난쟁이 은하를 식별할 수 있었다.
• 향후의 설문조사인 LSST는 매년 log(M/M⊙) < 7.0 인 은하에서 약 500개의 z < 0.2 CCSNe를 탐지할 것으로 예상되며, 이는 난쟁이 GSMF의 더 깊은 탐색을 가능하게 할 것이다.