[논문 리뷰] The VIMOS VLT Deep Survey. The Assembly History of the Stellar Mass in Galaxies: from the Young to the Old Universe

L. Pozzetti, M. Bolzonella외 48명|ArXiv.org|2007. 04. 12.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 90인용 수 156

한 줄 요약

이 논문은 VIMOS VLT Deep Survey를 이용해 z=2.5까지 은하의 별질량함수(GSMF)에 대한 종합적 분석을 제시한다. 적외선 및 가시광선 데이터를 융합하고 별질량 추정 방법을 두 가지 적용하여, 질량이 큰 은하들은 조기에(z>1) 별을 형성했으며, z≈0.7 이하에서는 변화가 거의 없었고, 저질량 시스템은 뚜렷한 진화를 보였다. 이는 질량에 따라 다른 형성 역사를 의미하며, 전통적인 융합 기반 모델에 도전한다.

ABSTRACT

We present a detailed analysis of the Galaxy Stellar Mass Function of galaxies up to z=2.5 as obtained from the VVDS. We estimate the stellar mass from broad-band photometry using 2 different assumptions on the galaxy star formation history and show that the addition of secondary bursts to a continuous star formation history produces systematically higher (up to 40%) stellar masses. At low redshift (z=0.2) we find a substantial population of low-mass galaxies (<10^9 Msun) composed by faint blue galaxies (M_I-M_K=0.3). In general the stellar mass function evolves slowly up to z=0.9 and more significantly above this redshift. Conversely, a massive tail is present up to z=2.5 and have extremely red colours (M_I-M_K=0.7-0.8). We find a decline with redshift of the overall number density of galaxies for all masses (59+-5% for M>10^8 Msun at z=1), and a mild mass-dependent average evolution (`mass-downsizing'). In particular our data are consistent with mild/negligible (<30%) evolution up to z=0.7 for massive galaxies (>6x10^10 Msun). For less massive systems the no-evolution scenario is excluded. A large fraction (>=50%) of massive galaxies have been already assembled and converted most of their gas into stars at z=1, ruling out the `dry mergers' as the major mechanism of their assembly history below z=1. This fraction decreases to 33% at z=2. Low-mass systems have decreased continuously in number and mass density (by a factor up to 4) from the present age to z=2, consistently with a prolonged mass assembly also at z<1.

연구 동기 및 목표

• 우주 시간에 걸쳐 은하의 별질량 체계적 집적 역사를 이해하기 위해.
• z≈0.2에서 z≈2.5 사이의 은하 별질량함수(GSMF)의 진화를 측정하기 위해.
• 광학적 별질량 추정에 대한 별 형성 역사 가정의 영향을 평가하기 위해.
• 은하 질량 집적이 융합에 의해 주도되는지, 아니면 장기적인 별 형성에 의해 주도되는지 테스트하기 위해.
• 관측된 GSMF 진화를 은하 형성 이론 모델과 비교하기 위해.

제안 방법

• VIMOS VLT Deep Survey(VVDS)에서 1,750 제곱arcmin 영역에 걸쳐 I-대역으로 선택된 약 6,500개의 은하(17.5 < I_AB < 24)의 분광학적 샘플을 사용한다.
• 17.5 < I_AB < 24)의 분광학적 샘플에 기반해 적색편이를 校정한 K-대역으로 선택된 광학적 샘플(~10,200개의 은하, K_AB < 22.34–22.84)을 610 제곱arcmin 영역에 통합한다.
• 연속적인 별 형성 가정과 보조 별 형성 폭발을 포함하는 두 가지 별질량 추정 방법을 적용하여 체계적 편향을 평가한다.
• 비모수적 및 모수적 피팅 기법을 사용해 GSMF, 수밀도 및 별질량 밀도의 진화를 유도한다.
• 다양한 질량 임계값에 대해 적색편이의 거듭제곱 법칙을 적용해 GSMF의 진화를 모델링하며, β를 (1+z)^β 형태로 피팅한다.
• 결과를 De Lucia 등(2006)의 이론 모델과 비교하여 관측된 질량 집적 역사와의 일치성을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은하의 별질량은 우주 시간에 걸쳐 언제, 어떻게 집적되었는가?
• RQ2 별질량함수는 적색편이에 따라 어떻게 진화하며, 이 진화는 질량에 따라 달라지는가?
• RQ3 보조 별 형성 폭발은 광학적 별질량 추정에 어느 정도의 영향을 미치는가?
• RQ4 관측된 진화는 건조한 융합 기반 질량 집적 또는 장기적인 별 형성과 일치하는가?
• RQ5 관측된 GSMF 및 질량 밀도 추세는 현재의 은하 형성 모델 예측과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• M_stars > 10^8 M_sun 인 은하의 수밀도는 z≈0.2에서 z=1로 갈수록 59±5% 감소하며, 약간의 질량 의존적 진화(‘질량에 따른 낙차’)를 보인다.
• 질량이 큰 은하(M_stars > 6×10^10 M_sun)는 z≈0.7 이하에서 변화가 거의 없으며(≤30%), z≈1에서 대부분의 별질량이 이미 집적되어 있음을 시사한다.
• z≈1에서 질량이 큰 은하의 50% 이상이 이미 대부분의 별질량을 집적했음을 고려하면, z≈1 이하에서 건조한 융합이 주요 집적 메커니즘일 수 없다.
• 저질량 시스템(M_stars < 10^9 M_sun)은 z≈0.2에서 z=2로 갈수록 수밀도가 4.1±0.9배 감소하며, 지속적인 질량 집적이 이루어지고 있음을 나타낸다.
• z≈1에서 별질량 밀도는 2.3±0.1배 감소하고, z≈2.5에서는 4.5±0.3배 감소하며, 이는 이전의 설문조사에 비해 비교적 느린 진화임을 보여준다.
• GSMF의 저질량 끝부분은 고적색편이까지 평탄한 경향을 보이며, 대부분의 이론 모델이 저질량 은하의 수를 과도하게 예측하는 데 비해 이는 재현되지 않는다.