[论文解读] Galaxy populations in the most distant SPT-SZ clusters - I. Environmental quenching in massive clusters at $1.4\lesssim z\lesssim1.7$

V. Strazzullo, M. Pannella+26 more|OSTI OAI (U.S. Department of Energy Office of Scientific and Technical Information)|Jul 25, 2018

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 145被引用 23

一句话总结

本研究利用SPT-SZ巡天的深度多波段成像，调查了红移1.4 ≲ z ≲ 1.7时大质量星系团中的环境熄灭效应。通过建模宁静星系分数和星形成率（SFR）密度分布，发现星系团内星系的星形成活动显著污染了SZE信号，其中心区域宁静星系分数低于10%时，由于残留的星形成辐射，SZE检测显著性可提高多达20%。

ABSTRACT

We present first results from a galaxy population study in the highest redshift galaxy clusters identified in the 2500 deg$^2$ South Pole Telescope Sunyaev Zel'dovich effect (SPT-SZ) survey. The cluster selection is to first order independent of galaxy properties, making the SPT-SZ sample particularly well suited for cluster galaxy population studies. We carry out a 4-band imaging campaign with the {\it Hubble} and {\it Spitzer} Space Telescopes of the five $z\gtrsim 1.4$, S/N$_{SZE}>$5 clusters, that are among the rarest most massive clusters known at this redshift. All five show clear overdensities of red galaxies whose colors agree with the initial cluster redshift estimates. The highest redshift cluster in this sample, SPT-CLJ0459-4947 at $z\sim1.72$, is the most distant $M_{500}>10^{14}~M_{\odot}$ ICM-selected cluster discovered thus far, and is one of only three known clusters in this mass range at $z\gtrsim 1.7$, regardless of selection. Based on UVJ-like photometric classification of quiescent and star-forming galaxies, the passive fraction in the cluster central regions ($r/r_{500}<0.7$) is higher than in the field at the same redshift, with corresponding environmental quenching efficiencies typically in the range $\sim0.5-0.8$ for stellar masses $\log(M/M_{\odot})>10.85$. We have explored the impact of emission from star formation on the selection of this sample, concluding that all five clusters studied here would still have been detected with S/N$_{SZE}>$5, even if they had the same passive fraction as measured in the field. Our results thus point towards an efficient suppression of star formation in massive galaxies in the central regions of the most massive clusters, occurring already earlier than $z\sim1.5$. [Abridged]

研究动机与目标

• 量化高红移大质量星系团中星系团内残留星形成对太阳-泽尔多维奇效应（SZE）信号的影响。
• 在1.4 ≲ z ≲ 1.7范围内，建模星系团中宁静星系分数和SFR密度分布的径向依赖性，同时考虑质量完整性和观测偏差。
• 评估在星系团核心区域低估宁静星系分数如何影响SPT-SZ巡天中SZE信号的可检测性和显著性。
• 利用经验SED模板并重新分析95 GHz和150 GHz波段的滤波图像，评估星系团中星形成星系对SZE测量的污染。

提出的方法

• 基于z ≈ 1.5时观测到的星系恒星质量函数和星形成率（SFR）关系，构建了高于质量完整性的宁静星系分数径向分布。
• 通过将宁静星系分数分布与SFR-恒星质量关系相结合，建模了SFR投影密度分布，假设恒星质量函数和SFR-质量关系在径向上无变化。
• 通过将中心区域（r < 0.45r₅₀₀）的宁静星系分数从观测值降低至10%，模拟SZE信号污染，并计算由此导致的SFR密度增加。
• 利用Béthermin等（2015）和Schreiber等（2018）的SED模板，为额外的SFR贡献生成95 GHz和150 GHz的通量密度图。
• 使用原始SPT-SZ星系团检测流程中相同的滤波程序重新处理修改后的SZE图，以计算SZE峰值的信噪比（S/N）。
• 比较不同假设下宁静星系分数的S/N值，以量化星形成对星系团可检测性的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 星系团中星系的残留星形成如何影响高红移大质量星系团中太阳-泽尔多维奇效应的可检测性？
• RQ2 星系团核心区域的宁静星系分数低于观测值时，星形成星系的污染在多大程度上提高了SZE信噪比？
• RQ3 星形成星系对95 GHz和150 GHz波段毫米波SZE信号的定量贡献是多少？
• RQ4 使用不同SED模板（Béthermin等 2015 vs. Schreiber等 2018）如何影响星形成导致的SZE污染建模结果？
• RQ5 采用不同的宁静星系分数建模方法（如低于质量完整性的外推）如何影响SZE检测预测信噪比？

主要发现

• 当中心区域（r < 0.45r₅₀₀）的宁静星系分数从观测值降低至10%时，SZE信噪比可提高最多约20%，这是由于额外的星形成辐射所致。
• 当宁静星系分数降低时，建模的SFR密度分布显示星系团核心区域的星形成贡献显著增加，尤其在r < 0.45r₅₀₀范围内。
• SZE检测显著性对核心区域的宁静星系分数最为敏感，最大污染来自高于质量完整度限的星系。
• 使用不同SED模板（Béthermin等 2015 vs. Schreiber等 2018）导致S/N趋势相近，但一种建模方法中更高的星形成星系比例导致更大的预测S/N提升。
• 观测到的星系团核心区域宁静星系分数显著高于z ≈ 1.5时的场值，表明存在强烈的环境熄灭效应，但残留星形成仍影响SZE测量。
• 额外的SFR密度分布（图16中的虚线/点线）代表了可测量的污染分量，当宁静星系分数降低至10%时，其在核心区域的峰值贡献超过总SFR密度的10%。