[논문 리뷰] The zCOSMOS redshift survey : Influence of luminosity, mass and environment on the galaxy merger rate

L. de Ravel, P. Kampczyk외 57명|arXiv (Cornell University)|2011. 04. 28.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 6인용 수 15

한 줄 요약

이 연구는 zCOSMOS 적색편이 조사 자료를 분석하여 은하 융합률이 빛의 세기, 항성 질량 및 국소 환경에 어떻게 의존하는지 측정한다. 100 h⁻¹ kpc 이내의 투영 거리로 스펙트로스코피적으로 확인된 쌍을 사용하여, 덜 질량 있는/어두운 은하에서 융합률이 더 높고, 특히 밀도가 높은 환경에서 크게 증가함을 발견하였다. 국소 밀도가 10배 증가할 때 융합률은 10배 증가하며, 적색편이 z ≈ 1까지는 이에 관계없이 일정하다.

ABSTRACT

The contribution of major mergers to galaxy mass assembly along cosmic time is an important ingredient to the galaxy evolution scenario. We aim to measure the evolution of the merger rate for both luminosity/mass selected galaxy samples and investigate its dependence with the local environment. We use a sample of 10644 spectroscopically observed galaxies from the zCOSMOS redshift survey to identify pairs of galaxies destined to merge, using only pairs for which the velocity difference and projected separation of both components with a confirmed spectroscopic redshift indicate a high probability of merging. We have identified 263 spectroscopically confirmed pairs with r_p^{max} = 100 h^{-1} kpc. We find that the density of mergers depends on luminosity/mass, being higher for fainter/less massive galaxies, while the number of mergers a galaxy will experience does not depends significantly on its intrinsic luminosity but rather on its stellar mass. We find that the pair fraction and merger rate increase with local galaxy density, a property observed up to redshift z=1. We find that the dependence of the merger rate on the luminosity or mass of galaxies is already present up to redshifts z=1, and that the evolution of the volumetric merger rate of bright (massive) galaxies is relatively flat with redshift with a mean value of 3*10^{-4} (8*10^{-5} respectively) mergers h^3 Mpc^{-3} Gyr^{-1}. The dependence of the merger rate with environment indicates that dense environments favors major merger events as can be expected from the hierarchical scenario. The environment therefore has a direct impact in shapping-up the mass function and its evolution therefore plays an important role on the mass growth of galaxies along cosmic time.

연구 동기 및 목표

• 대규모 스펙트로스코피적으로 확인된 샘플을 사용하여 우주 시간에 따른 은하 융합률의 진화를 측정하기 위해.
• 융합률이 은하의 빛의 세기, 항성 질량 및 국소 환경 밀도에 어떻게 의존하는지 조사하기 위해.
• 계층적 은하 형성 모델이 다양한 질량 및 밀도 영역에서 관측된 융합률과 일치하는지 테스트하기 위해.
• 환경이 주요 융합을 이끄는 데서 유의미하고 적색편이에 영향을 받지 않는 역할을 하는지 확인하기 위해.

제안 방법

• VLT/ESO의 zCOSMOS 대규모 프로그램에서 확보한 10,644개의 은하 스펙트로스코피적 적색편이 자료를 사용하였다.
• 투영 거리(rp ≤ 100 h⁻¹ kpc)와 속도 차이 기준을 이용해 물리적으로 결합된 융합 쌍을 식별하였다.
• 적색편이, 빛의 세기(MB ≤ -19.64), 항성 질량(log(M/M☉) ≥ 9.5 또는 ≥11)에 따라 부피당 융합률을 계산하였다.
• 고정된 개구부 내 이웃 은하의 수 밀도를 이용해 국소 환경을 밀도 추정치(δ)로 정량화하였다.
• 적색편이에 따른 융합률 진화를 거듭제곱 모델로 적합: N_mg(z) = N_mg(0) × (1+z)^m_mg.
• 환경에 따른 융합률 의존성을 N_mg(δ) = a × log(1+δ) + b로 매개변수화하였으며, a와 b는 데이터로부터 유도되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다른 빛의 세기와 항성 질량을 가진 은하에 대해 부피당 융합률은 적색편이에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ2 국소 환경이 융합률에 유의미한 영향을 미치며, 이 의존성은 우주의 시간이 지남에 따라 변화하는가?
• RQ3 은하당 융합 수는 그 자체의 본질적 빛의 세기보다는 항성 질량에 더 강하게 의존하는가?
• RQ4 환경이 우주의 시간에 따라 은하의 질량 구조 형성에 얼마나 큰 영향을 미치는가?

주요 결과

• 질량이 큰 은하(log(M/M☉) ≥ 9.5)의 평균 부피당 융합률은 z=0에서 z=1 사이에 약 3 × 10⁻⁴ h³ Mpc⁻³ Gyr⁻¹이며, 변화가 거의 없는 평탄한 진화(m_mg = 0.73 ± 1.80)를 보인다.
• 어두운 은하(MB ≤ -19.64)는 (2.04 ± 0.83) × (1+z)^(0.97±0.82) × 10⁻⁴ h³ Mpc⁻³ Gyr⁻¹로 진화하며, 적색편이 의존성이 더 강하다.
• 빛이 밝고 어두운 집단을 기준으로 정규화했을 때 은하당 융합 수는 유사한데, z ≈ 1에서 덜 질량 있는 은하에서는 질량이 큰 은하보다 2~3배 더 많은 융합 활동을 겪는다.
• 국소 밀도가 10배 증가할 때 융합률은 10배 증가하며, 이는 N_mg(δ) = (1.61 ± 0.13) × 10⁻⁴ × log(1+δ) + (0.41 ± 0.05) × 10⁻⁴로 매개변수화된다.
• 이 환경 의존성은 z ≈ 1까지 거의 적색편이에 무관하게 유지되며, 밀도가 높은 지역이 주요 융합을 지속적으로 촉진함을 시사한다.
• log(M/M☉) ≥ 9.5(≥11)인 은하의 별질량 약 20%(9.7%)가 z=1 이후 주요 융합을 통해 축적되었으며, 이는 환경이 질량 구조 형성에 중요한 역할을 함을 강조한다.