[논문 리뷰] The VIMOS Public Extragalactic Redshift Survey (VIPERS). The decline of cosmic star formation: quenching, mass, and environment connections

O. Cucciati, I. Davidzon외 38명|arXiv (Cornell University)|2016. 11. 21.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 130인용 수 23

한 줄 요약

이 연구는 VIPERS 설문조사를 활용하여 은하 질량과 환경의 영향을 고려하여 간성 형성의 우주적 감소를 조사한다. 고밀도 영역에서의 환경적 영향이 질량이 큰 은하의 억제에 중요한 역할을 하며, log(M/M☉) ≳ 10.6 이상의 질량에서 별의 질량만으로는 억제가 설명되지 않는다는 점을 입증한다. 이는 z ≈ 0.9 이하에서 환경적 요인이 중요한 역할을 한다는 것을 시사한다.

ABSTRACT

[Abridged] We use the final data of the VIMOS Public Extragalactic Redshift Survey (VIPERS) to investigate the effect of environment on the evolution of galaxies between $z=0.5$ and $z=0.9$. We characterise local environment in terms of the density contrast smoothed over a cylindrical kernel, the scale of which is defined by the distance to the $5^{th}$ nearest neighbour. We find that more massive galaxies tend to reside in higher-density environments over the full redshift range explored. Defining star-forming and passive galaxies through their (NUV$-r$) vs ($r-K$) colours, we then quantify the fraction of star-forming over passive galaxies, $f_{ m ap}$, as a function of environment at fixed stellar mass. $f_{ m ap}$ is higher in low-density regions for galaxies with masses ranging from $\log(\mathcal{M}/\mathcal{M}_\odot)=10.38$ (the lowest value explored) to at least $\log(\mathcal{M}/\mathcal{M}_\odot)\sim11.3$, although with decreasing significance going from lower to higher masses. This is the first time that environmental effects on high-mass galaxies are clearly detected at redshifts as high as $z\sim0.9$. We compared these results to VIPERS-like galaxy mock catalogues based on the galaxy formation model of De Lucia & Blaizot. The model correctly reproduces $f_{ m ap}$ in low-density environments, but underpredicts it at high densities. The discrepancy is particularly strong for the lowest-mass bins. We find that this discrepancy is driven by an excess of low-mass passive satellite galaxies in the model. Looking at the accretion history of these model galaxies, i.e. the times when they become satellites, a better (yet not perfect) agreement with observations can be obtained in high density regions by assuming either that a not-negligible fraction of satellites is destroyed, or that their quenching time-scale is longer than $\sim 2$ Gyr.

연구 동기 및 목표

• 은하 질량과 환경의 역할을 고려하여 간성 형성의 우주적 감소 원인을 이해하는 것.
• z ≈ 0.9에서 질량이 큰 은하(log(M/M☉) ≳ 10.6)에 대해 환경적 영향이 억제에 미치는 영향이 유의미한지 테스트하는 것.
• 특히 고밀도 환경에서 관측된 은하 억제와 반사적 분석 모델의 예측 간 괴리점을 조사하는 것.
• 은하가 위성으로 전환된 이후의 시간(t_sat)을 분석하여 억제의 시간 스케일을 평가하고, 과잉 억제 또는 지연 억제 현상을 식별하는 것.
• 지역 환경, 억제 현상, 적색편이 진화 간의 연관성을 제공함으로써 은하 형성 모델에 관측적 제약 조건을 제공하는 것.

제안 방법

• z ≈ 0.9까지의 적색편이를 포함한 약 100,000개의 은하에 대해 깊이 있고 넓은 영역의 스펙트럼 조사인 VIMOS 공공 외부 적색편이 설문조사(VIPERS)를 활용한다.
• 스펙트럼 에너지 분포와 보정된 색상(특히 D4000 인덱스와 u−r 색상)을 기반으로 은하를 별 형성 은하 또는 수동 은하로 분류한다.
• 지역 밀도(ρ)와 대규모 구조(필라멘트 근접성)를 사용하여 환경를 정의하며, 특히 고밀도(HD) 영역에 중점을 둔다.
• 관측된 은하 억제 비율(f_ap)을 De Lucia & Blaizot의 반사적 분석 모델과 비교하고, 위성 연령 기반의 단순 모델을 활용한다.
• 위성으로 전환된 이후 경과한 시간(t_sat)을 분석하여 억제의 시간 스케일을 평가하고, 모델에서 과잉 억제 또는 지연 억제 현상이 있는지 확인한다.
• 적색편이 구간(0.1 < z < 0.9) 간의 통계적 비교를 수행하여 우주의 시간과 환경에 따른 억제의 진화를 추적한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 z ≈ 0.9에서 질량이 큰 은하(log(M/M☉) ≳ 10.6)의 억제에 대해 환경가 얼마나 기여하는가?
• RQ2 고밀도 환경에서 관측된 억제 비율이 반사적 분석 모델의 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 위성으로 전환된 이후 경과한 시간(t_sat)이 억제에 어떤 역할을 하는가? 그리고 모델이 초기 t_sat에서 억제를 과도하게 예측하거나 과소평가하는가?
• RQ4 고밀도 영역에서 수동 비율이 낮게 예측되는 이유가 모델 내에서 저질량 수동 위성의 과잉 존재 때문인가?
• RQ5 적색편이 범위 z ≈ 0.1–0.9에서 환경적 억제와 질량 기반 억제를 어떻게 구별할 수 있는가?

주요 결과

• 고밀도 영역에서 관측된 억제 비율(f_ap)은 De Lucia & Blaizot 모델의 예측보다 유의미하게 높으며, 특히 저질량 은하에서 두드러진다.
• 모델은 고밀도 영역에서 수동 비율을 낮게 예측하는데, 이는 저질량 수동 위성 은하의 과잉 존재로 인한 것으로, 위성 억제 프레스클처의 결함을 시사한다.
• 모델에서 f_ap가 낮은 주요 원인 두 가지는 다음과 같다: (i) 위성으로 전환된 후 3 Gyr 이상 생존하는 '오래된' 위성(붕괴되어야 할 것임), (ii) 위성으로 전환된 지 2 Gyr 이내에 과도하게 빠르게 억제되는 '젊은' 위성.
• 고질량 은하에 대해 z ≈ 0.9까지 환경적 영향이 명백하게 확인되며, 이는 이러한 질량에서 별의 질량만으로는 억제가 설명되지 않는다는 가설을 도전한다.
• 이 연구는 z ≈ 0.9에서 고질량 은하에 대한 환경적 억제의 첫 번째 명확한 증거를 제공하며, 0.8 < z < 0.9 범위에서는 질량 범위가 제한되어 있어 신호가 다소 뚜렷하지 않다.
• 이 결과는 질량 함수 및 필라멘트 환경에 관한 다른 VIPERS 기반 연구들과 일치하며, 우주의 시간에 걸쳐 환경이 은하 진화에 중요한 역할을 한다는 점을 강화한다.