[논문 리뷰] The VIMOS-VLT Deep Survey: Evolution of the galaxy luminosity function up to z=2 in first epoch data

O. Ilbert, L. Tresse외 45명|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|2004. 09. 06.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 35인용 수 182

한 줄 요약

이 논문은 VIMOS-VLT Deep Survey (VVDS)를 이용해 z=0.05에서 z=2까지의 은하 등급함수(LF)를 처음으로 종합적으로 측정한 것으로, 11,034개의 분광학적 적색편이를 바탕으로 Algorithm for Luminosity Function (ALF)를 적용하였다. 결과적으로 LF에 강한 진화가 나타나며, 휘도 함수의 특성 magnitude M∗이 휘도 함수의 U에서 I 대역까지 1.0–2.5 mag 밝아지고, 밝기의 낮은 끝 부분 기울기 α가 z=0.05에서 z=1까지 약 Δα ≈ -0.3 감소하여 은하 형성 및 융합 과정의 중요한 진화를 시사한다.

ABSTRACT

We investigate the evolution of the galaxy luminosity function from the VIMOS-VLT Deep Survey (VVDS) from the present to z=2 in five (U, B, V, R and I) rest-frame band-passes. We use the first epoch VVDS deep sample of 11,034 spectra selected at 17.5 <= I_{AB} <= 24.0, on which we apply the Algorithm for Luminosity Function (ALF), described in this paper. We observe a substantial evolution with redshift of the global luminosity functions in all bands. From z=0.05 to z=2, we measure a brightening of the characteristic magnitude M* included in the magnitude range 1.8-2.5, 1.7-2.4, 1.2-1.9, 1.1-1.8 and 1.0-1.6 in the U, B, V, R and I rest-frame bands, respectively. We confirm this differential evolution of the luminosity function with rest-frame wavelength, from the measurement of the comoving density of bright galaxies (M < M*(z=0.1)). This density increases by a factor of around 2.6, 2.2, 1.8, 1.5, 1.5 between z=0.05 and z=1 in the U, B, V, R, I bands, respectively. We also measure a possible steepening of the faint-end slope of the luminosity functions, with Δα~ -0.3 between z=0.05 and z=1, similar in all bands.

연구 동기 및 목표

• z=0.05에서 z=2까지 다양한 휘도 함수 대역에서 은하 등급함수(LF)의 진화를 측정하는 것.
• 은하 형성 및 융합 과정이 휘도 함수 진화에 어떻게 기여하는지 분석함으로써 파장 의존적인 LF 진화를 조사하는 것.
• 등급함수의 낮은 끝 기울기 α가 적색편이에 따라 진화하는지 확인하여 저질량 은하 형성의 변화 여부를 판단하는 것.
• 광학적 적색편이에 기인한 편향을 피하기 위해 분광학적 적색편이가 완전한 큰 샘플을 사용해 LF 진화에 대한 신뢰할 수 있는 제약 조건을 제공하는 것.
• VVDS의 첫 번째 에포크 데이터를 활용해 국소 LF에 대한 고적색편이 기준을 설정하는 것.

제안 방법

• 연구는 VIMOS-VLT Deep Survey (VVDS)의 첫 번째 에포크 데이터를 사용하며, IAB magnitude 범위 17.5 ≤ IAB ≤ 24.0 내에서 선택된 11,034개의 분광학적 적색편이를 포함한다.
• 등급함수의 Schechter 함수 매개변수(M∗, α, φ∗)를 계산하기 위해 Algorithm for Luminosity Function (ALF)를 사용하며, U, B, V, R, I의 다섯 개의 휘도 함수 대역에서 계산한다.
• 각 적색편이 및 휘도 구간에서 은하의 공칭 밀도를 추정하기 위해 1/Vmax 방법을 사용한다.
• Schechter 함수를 사용해 LF를 모델링하며, Φ(M) dM = Φ∗ (10^(0.4(M∗−M))) exp(−10^(0.4(M∗−M))) dM로 표현되며, M∗는 특성 magnitude이다.
• 낮은 끝 기울기 α는 C+ 및 SWML 방법을 통해 결과의 교차 검증을 수행한다.
• 선택 효과를 고려하고, 우도 함수의 오차 추정은 우도 함수의 우도 등고선(2Δlnℒ = 1)을 통해 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은하 등급함수의 특성 magnitude M∗이 휘도 함수의 U에서 I 대역까지 z=0.05에서 z=2로 진화하면서 어떻게 변화하는가?
• RQ2 등급함수의 낮은 끝 기울기 α가 적색편이에 따라 진화하는가? 만약 그렇다면, 얼마나 변화하는가?
• RQ3 다양한 휘도 함수 대역에서 z=0.05에서 z=1로의 밝은 은하(M ≤ M∗(z=0.1))의 공칭 밀도는 어떻게 변화하는가?
• RQ4 LF의 진화가 파장 의존적인가? 이는 청색 대역에서의 별 형성 기여와 적색 대역에서의 기하학적 성장 기여를 반영하는가?
• RQ5 분광학적 적색편이로부터 유도된 LF 매개변수와 광학적 적색편이 기반의 결과 사이에 얼마나 큰 차이가 있는가?

주요 결과

• U 대역에서 z=0.05에서 z=2로의 특성 magnitude M∗이 1.8–2.5 mag 밝아지고, I 대역에서는 1.0–1.6 mag 밝아진다.
• U 대역에서 z=0.05에서 z=1로의 밝은 은하(M ≤ M∗(z=0.1))의 공칭 밀도는 2.6배 증가하고, I 대역에서는 1.5배 증가한다.
• U, B, V, R, I의 다섯 개의 휘도 함수 대역에서 모두 일관되게, z=0.05에서 z=1로의 낮은 끝 기울기 α가 약 Δα ≈ -0.3 감소한다.
• M∗의 진화는 청색에 가까운 대역(U, B)에서 가장 강력하여, 짧은 파장에서 별 형성에 의해 유도된 휘도 증가의 진화가 더 두드러짐을 시사한다.
• LF의 진화는 별 형성과 융합 활동 증가의 조합과 일치하며, 특히 z < 1에서 가장 큰 변화가 발생한다.
• ALF 방법은 신뢰할 수 있는 오차 추정을 제공하며, 깊은 분광학적 조사에서의 사용에 있어 유효성을 입증한다.