[논문 리뷰] The Merger Rate to Redshift One from Kinematic Pairs: Caltech Faint Galaxy Redshift Survey XI

R. G. Carlberg, Judith G. Cohen외 9명|CaltechAUTHORS (California Institute of Technology)|2000. 02. 01.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 47

한 줄 요약

이 연구는 캘테크 희미한 은하 적색편이 조사(CFGRS)와 CNOC2에서의 운동학적 쌍을 이용해 적색편이 z=0에서 z=1까지의 은하 병합률을 추정한다. $L \geq 0.2L_{\bigodot}$ 인 시스템에 대해 $0.02 /pm 0.01\,M_{\bigodot}\,\text{Gyr}^{-1}$ 의 질량 축적률을 구하며, 이는 $z=1$ 이후 약 15%의 질량 증가를 암시하며, 이 범위에서 병합 분율에 대한 적색편이 진화가 거의 없음을 보여준다.

ABSTRACT

The rate of mass accumulation due to galaxy merging depends on the mass, density, and velocity distribution of galaxies in the near neighborhood of a host galaxy. The fractional luminosity in kinematic pairs combines all of these effects in a single estimator which is relatively insensitive to population evolution. Here we use a k-corrected and evolution compensated volume-limited sample drawing about 300 redshifts from CFGRS and 3000 from CNOC2 to measure the rate and redshift evolution of merging. We identify kinematic pairs with projected separations less than either 50 or 100 \hkpc and rest-frame velocity differences of less than 1000\kms. The fractional luminosity in pairs is modeled as f_L(Delta v,r_p,M_r^{ke})(1+z)^{m_L} where [f_L,m_L] are [0.14+/-0.07,0+/-1.4] and [0.37+/-0.7,0.1+/-0.5] for r_p<= 50 and 100\hkpc, respectively (Omega_M=0.2, Omega_Lambda=0.8). The value of m_L is about 0.6 larger if Lambda=0. To convert these redshift space statistics to a merger rate we use the data to derive a conversion factor to physical space pair density, a merger probability and a mean in-spiral time. The resulting mass accretion rate per galaxy (M_1,M_2>= 0.2 M*) is 0.02+/-0.01(1+z)^{0.1+/-0.5} M*~Gyr^{-1}. Present day high-luminosity galaxies therefore have accreted approximately 0.15M* of their mass over the approximately 7 Gyr to redshift one. (abridged)

연구 동기 및 목표

• z=0에서 z=1까지 $L \geq 0.2L_{\bigodot}$ 인 은하의 병합률의 적색편이 진화를 측정하기 위해.
• 작은 투영 분리와 낮은 속도 차이를 가진 운동학적 쌍을 사용하여 형태적 모호함을 피하는 동역학 기반의 병합 추정자로 활용하기 위해.
• 동역학 모델링과 n-체 시뮬레이션을 이용해 관측된 적색편공간 쌍 통계를 물리적 병합률로 변환함으로써 물리적 병합률을 유도하기 위해.
• 특히 $M_{\bigodot}$ 수준 및 그 이하 질량의 은하에 대해 병합이 질량 조립에 미치는 영향 평가하기 위해.
• $\Omega_M=0.2, \Omega_\Lambda=0.8$ 대비 $\Lambda=0$ 인 경우를 포함한 다양한 천체역학적 가정 하에서 병합률 추정의 탄력성 테스트하기 위해.

제안 방법

• CFGRS(300개)와 CNOC2(3000개)의 적색편이를 이용해 $M_R^{k,e} \leq -19.8 + 5\log h$ mag 가 되는 k보정 및 진화 보정이 된 부피 제한 샘플을 구성한다.
• 투영 분리 $r_p \leq 50$ 또는 $100\,h^{-1}$ kpc 이며, 고정 기준 속도 차이 $\Delta v < 1000\,\text{km s}^{-1}$ 인 운동학적 쌍을 식별한다.
• 분수형 빛의 비율을 $f_L(\Delta v, r_p, M_r^{ke})(1+z)^{m_L}$ 로 모델링하고, $r_p$ 임계값 두 개에 대해 $[f_L, m_L]$ 을 데이터에 적합시킨다.
• n-체 시뮬레이션을 이용해 병합 확률 $F(<v_{mg})$ 와 평균 내진 시간 $T_{mg}$ 를 추정하며, $v_{mg} \approx 2.37v_c$ 와 $T_{mg} \approx 0.3\,\text{Gyr}$ 라는 가정을 한다.
• 물리적 병합률을 $\mathcal{R}_M = (0.02 \pm 0.01)\,M_{\bigodot}(1+z)^{0.1 \pm 0.5}\,\text{Gyr}^{-1}$ 로 유도하며, $L \geq 0.2L_{\bigodot}$ 에 정규화한다.
• 광도 함수, 상관 함수, 동역학적 진화에 대한 보정을 적용하며, $z=0$ 에서 $1$ 사이에서 $\sigma_{12}$ 와 $v_{mg}$ 의 진화가 무시할 만큼 작다고 가정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 z=0에서 z=1까지 $L \geq 0.2L_{\bigodot}$ 인 은하에 대해 운동학적 쌍의 분수형 빛 비율의 적색편이 진화는 어떻게 되는가?
• RQ2 동역학적 시간 스케일과 병합 확률을 고려할 때, 관측된 운동학적 쌍 비율은 어떻게 물리적 병합률로 변환되는가?
• RQ3 z=0에서 z=1 사이의 적색편이 간격 동안 병합으로 인해 은하당 질량 축적률은 얼마인가?
• RQ4 특히 $\Omega_M$ 과 $\Omega_\Lambda$ 에 따라 병합률은 어떻게 달라지는가?
• RQ5 고적색편이에서 관측된 운동학적 쌍 통계는 형태적 교란과 어느 정도 상관이 있는가?

주요 결과

• 투영 분리 $r_p \leq 50\,h^{-1}$ kpc 이며, 속도 차이 $\Delta v < 1000\,\text{km s}^{-1}$ 인 운동학적 쌍의 분수형 빛 비율은 $14\% \pm 7\%$ 이며, z=0에서 z=1 사이에서 유의미한 적색편이 진화가 없음을 보여준다.
• r_p \leq 100\,h^{-1}$ kpc 일 경우, 쌍 비율은 $37\% \pm 7\%$ 이며, 이 역시 유의미한 적색편이 진화가 없다.
• r_p \leq 100\,h^{-1}$ kpc 일 경우 적색편이 진화 지수 $m_L$ 은 $0.1 \pm 0.5$ 이며, 이는 적색편이 범위 동안 거의 일정한 병합 분율을 의미한다.
• $L \geq 0.2L_{\bigodot}$ 인 시스템에 대해 은하당 질량 축적률은 $0.02 \pm 0.01\,M_{\bigodot}\,\text{Gyr}^{-1}$ 이며, 약간의 적색편의 의존성 $(1+z)^{0.1 \pm 0.5}$ 이 있다.
• 현재 시대의 $M_{\bigodot}$ 수준 은하들은 $z=1$ 이후 약 $0.15\,M_{\bigodot}$ 의 질량을 축적하였으며, 이는 병합으로 인한 약 15%의 질량 증가를 암시한다.
• 낮은 질량 은하(예: $0.3M_{\bigodot}$)의 경우, 동일한 $0.15\,M_{\bigodot}$ 질량 축적이 50%의 질량 증가를 초래하므로, 저질량 시스템에 대한 상대적 영향이 매우 크다는 것을 보여준다.