[论文解读] Evolution of Galaxy Luminosity and Stellar-Mass Functions since $z=1$ with the Dark Energy Survey Science Verification Data

D. Capozzi, J. Etherington+61 more|arXiv (Cornell University)|Jul 27, 2017

Astronomy and Astrophysical Research被引用 4

一句话总结

本研究基于暗能量巡天（DES）科学验证数据，首次对星系光度函数与星族质量函数进行了同质化分析，利用光谱红移追踪从 z=1 到 z=0 的演化。研究发现，光度密度随红移基本保持恒定，而星族质量密度则呈下降趋势，表明星系质量以自上而下的方式积累，且高红移时星族更年轻、更明亮。

ABSTRACT

We present the first study of the evolution of the galaxy luminosity and stellar-mass functions (GLF and GSMF) carried out by the Dark Energy Survey (DES). We describe the COMMODORE galaxy catalogue selected from Science Verification images. This catalogue is made of $\sim 4 imes 10^{6}$ galaxies at $0

研究动机与目标

• 利用单一、统计上可靠的样本，测量从 z=1 到 z=0 的星系光度函数（GLF）与星族质量函数（GSMF）的演化。
• 检验光谱红移概率密度函数在推导GLF与GSMF时的可靠性，并与光谱观测结果进行对比。
• 探究星系的质量积累历史，评估其是否遵循分层（自下而上）或反分层（自上而下）的模式。
• 将观测到的GLF与GSMF与理论模型及模拟结果进行比较，以评估模型性能。
• 通过使用约155平方度的连续大范围巡天区域（i波段极限星等为 i=23 mag），最小化宇宙方差的影响。

提出的方法

• 基于DES科学验证数据构建了COMMODORE星系星表，选取了约4×10⁶个星系，覆盖约155平方度，红移范围为 0 < z ≤ 1.3。
• 利用光谱红移概率密度函数（photo-z PDFs）估算红红移，并将星系分配至不同红移区间。
• 通过将双Schechter函数拟合至观测数据，测量i波段星系光度函数（GLF）与星族质量函数（GSMF）。
• 通过与GAMA和PRISM等光谱巡天结果对比，校准并验证了photo-z PDF方法的可靠性。
• 利用拟合后的GLF与GSMF，计算了光度密度（ρ_L）与星族质量密度（ρ_Mstar）随红移的变化。
• 通过使用相同方法分析模拟的DES类星系，执行一致性检验，以评估系统性偏差与模型稳健性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在同质化、低宇宙方差的样本中，星系光度函数与星族质量函数从 z=1 到 z=0 如何演化？
• RQ2 与光谱红移相比，光谱红移概率密度函数在多大程度上能提供可靠的GLF与GSMF测量结果？
• RQ3 星系的星族质量积累是否遵循分层（自下而上）或反分层（自上而下）的演化模式？
• RQ4 观测到的光度密度与星族质量密度如何随红移演化？这对星族形成 timescale 有何启示？
• RQ5 理论模型在多大程度上能再现观测到的GLF与GSMF形态及其红移演化特征？

主要发现

• 在 z < 0.2 时，i波段星系光度函数（GLF）与星族质量函数（GSMF）均呈现双Schechter函数形态，与光谱测量结果一致。
• DES获得的GSMF与GAMA和PRISM巡天结果在 z ~ 1 范围内高度一致，验证了光谱红移方法的可靠性。
• 光度密度（ρ_L）随红移基本保持恒定，其演化关系为 ρ_L ∝ (1+z)^{-0.12±0.11}，表明总i波段光输出变化极小。
• 星族质量密度（ρ_Mstar）随红移下降，其演化关系为 ρ_Mstar ∝ (1+z)^{-0.5±0.1}，表明低红移时质量仍在持续增长。
• GSMF的演化呈现自上而下模式，即更高质量的星系更早形成其星族质量，与反分层质量积累一致。
• 尽管质量密度下降，但光度未出现显著演化，表明高红移星系具有更年轻、更明亮的星族，其光度增加可抵消质量损失。