[论文解读] GMASS Ultradeep Spectroscopy of Galaxies at z~2. III: The emergence of the color bimodality at z~2

P. Cassata, A. Cimatti+13 more|ArXiv.org|Apr 7, 2008

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 24被引用 46

一句话总结

本研究利用GMASS巡天的超深光谱和多波段测光数据，分析了红移z~2时1,021个星系的 rest-frame (U-B) 颜色分布。研究发现，颜色双峰性在z=2之前依然存在，其中质量较大的红序列星系（log(M/M☉)>10.1）逐渐由椭球状、非活动星系主导，而约25%的z>2质量较大红序星系为非活动演化，其形成红移z>3，表明恒星形成早期发生。结果表明，红序列并非仅由非活动早型星系占据，挑战了星系演化模型中的既定假设。

ABSTRACT

The aim of this work is to study the evolution of the rest frame color distribution of galaxies with the redshift, in particular in the critical interval 1.410.1, and we study their morphological and spectro-photometric properties. We show that the contribution to this sample of early-type galaxies, defined as galaxies with a spheroidal morphology and no star formation, decreases from 60-70% at z<0.5 down to ~50% at redshift z=2. At z>2 we still find red galaxies in the mass complete sample, even if the bimodality is not seen any more. About 25% of these red galaxies at z>2 are passively evolving, with the bulk of their stars formed at redshift z>`3.

研究动机与目标

• 研究在关键红移范围1.4<z<3内，星系rest-frame (U-B) 颜色分布的演化特征。
• 确定z~2时质量较大红序星系的物理性质，特别是非活动早型星系的比例。
• 评估本地观测到的颜色双峰性是否已在高红移时形成，以及其随宇宙时间的演化。
• 评估尘埃消光和形态学污染在高红移定义红序列过程中的影响。
• 通过结合SED拟合、形态学分析和光谱数据，约束质量较大星系的形成红移。

提出的方法

• 利用GMASS巡天（VLT/FORS2）对190个z>1.4星系进行超深光谱观测，并对剩余星系补充测光红移。
• 结合哈勃空间望远镜ACS/HST（光学）至斯皮兹曼/IRAC和斯皮兹曼/24 μm（中红外）的多波段测光，推导SED和rest-frame颜色。
• 应用SED拟合估算每个星系的恒星质量、恒星形成率（SSFR）和尘埃消光（AV）。
• 利用高分辨率ACS成像进行星系形态分类，区分早型（椭球状）、螺旋、不规则及未检测到的天体。
• 定义一个质量完整样本的红序星系，要求log(M/M☉)>10.1，以确保在不同红移区间内具有可靠的统计比较。
• 采用BzK颜色选择识别非活动演化星系，确认其具有低或无持续恒星形成。

实验结果

研究问题

• RQ1 在(U-B)与恒星质量平面中，颜色双峰性最早在哪个红移出现，且在z~2时是否存在？
• RQ2 在z~2时，质量较大（log(M/M☉)>10.1）红序星系中，形态上为早型或非活动演化的比例是多少？
• RQ3 从z~0到z~2，非活动早型星系对红序列的贡献如何演化？
• RQ4 在z>2时是否存在显著的大量、红色、非活动星系群体，其恒星主要在何时形成？
• RQ5 在高红移时，红序列在多大程度上受到尘埃消光星系或具有星系核球的螺旋星系的污染？

主要发现

• 在(U-B)与恒星质量平面中，颜色双峰性被证实至少持续到z=2，红序与蓝序之间有明显分离。
• 早型星系（包括椭球状和核球主导螺旋星系）对质量较大红序的贡献，从z<0.5时的约60-70%下降至z=2时的约50%。
• 在z>2时，尽管双峰性减弱，但约25%的质量较大（log(M/M☉)>10.1）红序星系为非活动演化，具有低SSFR和AV<1。
• 这些z>2的非活动演化星系的星族年龄超过0.5 Gyr，表明其恒星主要在z>3时形成。
• z>2时双峰性减弱的原因在于非活动红序星系数量减少，而尘埃消光星形成星系数量增加。
• 形态学分类显示，z>2时一半质量较大的红序星系为椭球状，但另一半在z波段未检测或检测微弱，限制了形态学判断的置信度。