[论文解读] Frequency and Impact of Galaxy Mergers and Interactions over the last 7 Gyr

Shardha Jogee, Seumas Miller+22 more|ArXiv.org|Feb 26, 2008

Radio Astronomy Observations and Technology参考文献 1被引用 5

一句话总结

本研究利用哈勃空间望远镜和GEMS巡天的多波段数据，测量过去70亿年（z ≈ 0.24–0.80）内星系并合与相互作用的频率及其对恒星形成的影响。研究发现，在所有红移区间内，质量较大的星系系统（M ≥ 2.5×10¹⁰ M☉）中，明显受扰动、并合影响的星系占比为8–12%，其并合率与LCDM模拟结果一致，但这些系统对宇宙恒星形成率密度的贡献不足30%，表明正常星系主导了整体的恒星形成历史。

ABSTRACT

We explore the history and impact of galaxy mergers and interactions over z~0.24 to 0.80, based on HST ACS, Combo-17, and Spitzer 24 mu data of ~4500 galaxies in the GEMS survey. Using visual and quantitative parameters,we identify galaxies with strong distortions indicative of recent strong interactions and mergers versus normal galaxies (E/S0, Sa, Sb-Sc, Sd/Irr). Our results are: (1) The observed fraction F of strongly disturbed systems among high mass (M>=2.5E10 Msun) galaxies is ~9% to 12% in every Gyr bin over z~0.24 to 0.80. The corresponding merger rate is a few times 10^-4 galaxies Gyr-1 Mpc-3. The fraction F shows fair agreement with the merger fraction of mass ratio >=1:10 predicted by several LCDM-based simulations. (2) For M>=1E9 Msun systems, the average star formation rate (SFR) of strongly disturbed systems is only modestly enhanced with respect to normal galaxies, in agreement with recent simulations. In fact, over z~0.24 to 0.80, strongly disturbed systems only account for a small fraction (

研究动机与目标

• 利用深度多波段成像，对过去70亿年中星系并合与相互作用的频率进行经验约束。
• 评估这些相互作用对不同质量星系中恒星形成率（SFR）的影响。
• 将观测到的并合分数与基于LCDM的模拟预测进行比较。
• 确定并合驱动的恒星形成是否主导了宇宙SFR密度，还是正常星系才是主要贡献者。

提出的方法

• 对HST ACS F606W图像中的约4,500个星系进行目视分类，划分为‘Dist’（明显受扰动，为并合/相互作用候选）和‘Normal’（未受扰动）两类。
• 利用CAS代码计算的定量形态参数（不对称性A和团块性S）对目视分类结果进行交叉验证。
• 结合HST ACS、COMBO-17和Spitzer 24 μm数据，推导样本的红移、恒星质量与恒星形成率（SFR）。
• 将红移区间（z ≈ 0.24–0.80）划分为10亿年一档，以追踪并合分数与SFR随时间的演化。
• 将观测到的并合分数与半分析（SA）、N体和SPH模拟（如Hopkins et al. 2008，Somerville et al. in prep.）的预测结果进行比较。
• 通过蒙特卡洛模拟及利用更深层的GOODS F850LP图像进行交叉验证，以确保目视分类的准确性，尤其是在高红移区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 在红移范围z ≈ 0.24–0.80内，大质量星系（M ≥ 2.5×10¹⁰ M☉）中星系并合与强烈相互作用的频率是多少？
• RQ2 在该红移范围内，明显受扰动星系的恒星形成率与正常星系相比如何？
• RQ3 受并合影响的星系在总宇宙恒星形成率密度中占多大比例？
• RQ4 基于LCDM的模拟在预测观测到的并合分数与SFR增强方面表现如何？

主要发现

• 在质量≥2.5×10¹⁰ M☉的高质星系中，明显受扰动、受并合影响的星系所占的观测分数F在z ≈ 0.24至0.80的所有10亿年红移区间内均稳定在8–12%之间。
• 相应的并合率约为数×10⁻⁴个星系 Gyr⁻¹ Mpc⁻³，与基于LCDM的模拟对质量比≥1:10的并合预测结果一致。
• 对于质量≥1.0×10⁹ M☉的星系，在z ≈ 0.24–0.80范围内，明显受扰动系统的平均SFR仅比正常星系略有增强。
• 明显受扰动系统在z ≈ 0.24–0.80红移范围内对总宇宙SFR密度的贡献不足30%。
• 该红移范围内宇宙SFR密度的变化主要由正常、未受扰动的星系主导，而非受并合影响的系统。
• 观测到的并合分数与多个基于LCDM的模型模拟结果（包括Hopkins et al. (2008)、Somerville et al. (in prep.)、Benson et al. (2005) 和 D’Onghia et al. (2008)）的并合分数表现出良好一致性。