[논문 리뷰] The VIPERS Multi-Lambda Survey. II. Diving with massive galaxies in 22 square degrees since z = 1.5

T. Moutard, S. Arnouts외 14명|arXiv (Cornell University)|2016. 02. 18.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 106인용 수 47

한 줄 요약

이 연구는 CFHT, GALEX 및 VIPERS의 깊은 다중 파장 광도 측정을 이용해 z=0.2에서 z=1.5까지 22.4 제곱도의 천구 영역에서 거대 은하의 은하 질량 함수 및 진화를 측정한다. 그 결과, log(M*/M☉)>11.5 은하의 밀도가 z≈1에서 z≈0.2로 갈수록 2배 증가하며, 이는 건조 합성에 의해 주도됨을 밝혀내고, log(M⋆_sf/M☉)=10.64±0.01에서 안정된 억제 임계값을 확인한다. 또한 거대 은하와 저질량 은하의 경우 서로 다른 억제 경로를 갖는다.

ABSTRACT

We investigate the evolution of the galaxy stellar mass function (SMF) and stellar mass density from redshift z=0.2 to z=1.5 of a $K_{AB}$<22-selected sample with highly reliable photometric redshifts and over an unprecedentedly large area. Our study is based on NIR observations carried out with WIRCam at CFHT over the footprint of the VIPERS spectroscopic survey and benefits from the high quality optical photometry from the CFHTLS and UV observations with the GALEX satellite. The accuracy of our photometric redshifts is $σ_z$ < 0.03 and 0.05 for the bright ($i_{AB}$<22.5) and faint ($i_{AB}$>22.5) samples, respectively. The SMF is measured with ~760,000 galaxies down to $K_s$=22 and over an effective area of ~22.4 deg$^2$, the latter of which drastically reduces the statistical uncertainties (i.e. Poissonian error & cosmic variance). We point out the importance of a careful control of the photometric calibration, whose impact becomes quickly dominant when statistical uncertainties are reduced, which will be a major issue for future generation of cosmological surveys with, e.g. EUCLID or LSST. By exploring the rest-frame (NUV-r) vs (r-$K_s$) color-color diagram separating star-forming and quiescent galaxies, (1) we find that the density of very massive log($M_*/ M_{\odot}$) > 11.5 galaxies is largely dominated by quiescent galaxies and increases by a factor 2 from z~1 to z~0.2, which allows for additional mass assembly via dry mergers, (2) we confirm a scenario where star formation activity is impeded above a stellar mass log($M^*_{SF} / M_{\odot}$) = 10.64$\pm$0.01, a value that is found to be very stable at 0.2 < z < 1.5, (3) we discuss the existence of a main quenching channel that is followed by massive star-forming galaxies, and finally (4) we characterise another quenching mechanism required to explain the clear excess of low-mass quiescent galaxies observed at low redshift.

연구 동기 및 목표

• z=0.2에서 z=1.5까지의 우주 시간 동안 은하의 별 질량 함수(SMF) 및 별 질량 밀도의 진화를 측정한다.
• 특히 별 형성 은하에서 휴면 은하로의 전환을 이끄는 억제 메커니즘의 역할을 조사한다.
• 광학적 캘리브레이션의 영향을 통계적 불확실성에 미치는 영향을 평가한다.
• 휴대체 색상-색상 다이어그램인 (NUV−r)과 (r−Ks)를 사용하여 거대 은하의 억제 경로를 특성화한다.
• 건조 합성과 별도의 억제 시간 스케일이 관측된 SMF 진화를 설명하는 데 기여하는지 확인한다.

제안 방법

• CFHT의 깊은 적외선 외부 카메라(WIRCam) 이미징을 22.4 deg² 영역에 적용하고, CFHTLS의 옵티컬 및 GALEX의 UV 광도 측정과 정렬한다.
• 밝은 은하의 경우 σΔz/(1+z) < 0.03, 어두운 은하의 경우 < 0.05 이내의 매우 정확한 광학적 적색편이를 활용한다.
• Ks ~ 22까지의 근처에서 약 760,000개의 은하를 이용해 포isson 및 우주 배경 변동 오차를 최소화하여 별 질량 함수를 측정한다.
• 휴대체 (NUV−r) 대 (r−Ks) 색상-색상 다이어그램을 사용하여 은하를 별 형성형 또는 휴면형으로 분류한다.
• 광학적 캘리브레이션의 제어를 철저히 하여 체계적 오차를 줄이는 별 질량 함수 피팅 절차를 적용한다.
• e-감쇠 별 형성 역사 모델을 사용하여 억제 메커니즘을 추론한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 큰 은하의 별 질량 함수는 22.4 deg²의 넓은 영역에서 우주적 변동이 적은 조건에서 z=1.5에서 z=0.2로 어떻게 진화했는가?
• RQ2 건조 합성이 SMF의 고질량 끝에서 매우 거대한 휴면 은하 밀도를 증가시키는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 0.2 < z < 1.5 범위에서 별 형성이 억제되는 특성 질량 임계값이 안정적인가?
• RQ4 색상-색상 진단을 통해 거대 은하와 저질량 은하의 별도의 억제 경로는 무엇인가?
• RQ5 다른 은하 집단의 억제 시간 스케일은 무엇이며, 물리적 억제 메커니즘과 어떻게 관련되어 있는가?

주요 결과

• 매우 거대한 은하(log(M*/M☉) > 11.5)의 밀도는 z ≈ 1에서 z ≈ 0.2로 갈수록 2배 증가하며, 이는 건조 합성에 의한 질량 집적이 뚜렷하게 나타남을 시사한다.
• 별 형성 은하의 특성 질량인 log(M⋆_sf/M☉)는 0.2 < z < 1.5 범위에서 10.64 ± 0.01로 안정되어 있어, 우주적 범위에서 강력한 억제 임계값을 나타낸다.
• 주요 억제 채널은 (r−Ks)o > 0.76로, 고체화된 거대 별 형성 은하가 0.5–2 Gyr의 시간 스케일 동안 휴면 상태로 전환되는 데 관련되어 있다.
• 저질량 휴면 SMF의 저적색에서의 상승을 설명하기 위해 보조적 억제 경로가 필요하며, 이는 (r−Ks)o < 0.76를 가지는 젊고 파란 휴면 은하 집단과 관련되어 있다.
• 주요 경로의 거대 은하의 억제 시간 스케일은 길다(0.5–2 Gyr), 이는 끈적임에 의해 설명되며, 저질량 은하의 경우 빠르게(τ ~ 0.1 Gyr) 억제되어 주로 대규모 합성에 의해 발생할 가능성이 높다.
• 통계적 불확실성이 감소함에 따라 광학적 캘리브레이션 오차가 지배적인 역할을 하며, 이는 향후 Euclid 및 LSST와 같은 대규모 설문 조사에서 중요한 과제로 부각된다.