[논문 리뷰] Morphological Transformation and Star Formation Quenching of Massive Galaxies at 0.5 < z < 2.5 in 3D-HST/CANDELS

Shuang Liu, Yizhou Gu외 5명|arXiv (Cornell University)|2021. 10. 25.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 113인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 3D-HST/CANDELS 설문에서 다파장 데이터를 사용하여 0.5 ≤ z ≤ 2.5 범위의 거대 은하(M∗ ≥ 10¹⁰ M⊙)에서 별질량, 국소 환경, AGN 피드백이 형태 변화 및 항성 형성 억제를 이끄는 상호작용을 조사한다. 연구 결과, 고적색도에서 항성 형성 억제는 질량에 강하게 의존하지만, 낮은 적색도에서는 환경에 의존하게 되며, 형태 변화는 주로 질량에 의해 이끌리고 시간이 지남에 따라 심화되며, AGN 피드백은 고적색도에서 휴면형 늦은형(qLs)을 형성하는 데서와 낮은 적색도에서 항성 형성 늦은형(sEs)을 형성하는 데서 각각 다른 역할을 한다고 밝혀졌다.

ABSTRACT

To figure out the effect of stellar mass and local environment on morphological transformation and star formation quenching in galaxies, we use the massive ($M_* \geq 10^{10} M_{\odot}$) galaxies at $0.5 \leq z \leq 2.5$ in five fields of 3D-HST/CANDELS. Based on the {\it UVJ} diagnosis and the possibility of possessing spheroid, our sample of massive galaxies are classified into four populations: quiescent early-type galaxies (qEs), quiescent late-type galaxies (qLs), star-forming early-type galaxies (sEs), and star-forming late-type galaxies (sLs). It is found that the quiescent fraction is significantly elevated at the high ends of mass and local environmental overdensity, which suggests a clear dependence of quenching on both mass and local environment. Over cosmic time, the mass dependence of galaxy quiescence decreases while the local environment dependence increases. The early-type fraction is found to be larger only at high-mass end, indicating a evident mass dependence of morphological transformation. This mass dependence becomes more significant at lower redshifts. Among the four populations, the fraction of active galactic nucleus (AGN) in the qLs peaks at $2<z \leq 2.5$, and rapidly declines with cosmic time. The sEs are found to have higher AGN fractions of $20-30\%$ at $0.5\leq z<2$ . The redshift evolution of AGN fractions in the qLs and sEs suggests that the AGN feedback could have played important roles in the formation of the qLs and sEs.

연구 동기 및 목표

• 거대 고적색도 은하에서 항성 형성 억제 및 형태 변화를 이끄는 별질량과 국소 환경의 역할을 분리하는 것.
• 어둠진 나선형(qLs)과 파란 타원형(sEs) 은하의 형성 메커니즘을 조사하여, 억제와 형태 변화 간의 혼동을 해소하는 것.
• AGN 피드백(긍정적 및 부정적)이 다양한 은하 집단의 진화 경로에 미치는 기여를 평가하는 것.
• 휴면형 및 형태 변화 비율의 적색도 진화를 정량화하고, 변화 과정의 시간 스케일을 규명하는 것.

제안 방법

• UVJ 진단법과 구형체 확률을 사용하여 3D-HST/CANDELS의 다섯 개 영역에 있는 거대 은하(M∗ ≥ 10¹⁰ M⊙)를 네 유형으로 분류: 휴면형 초기형(qEs), 휴면형 늦은형(qLs), 항성 형성 늦은형 초기형(sEs), 항성 형성 늦은형 늦은형(sLs).
• 3차원 적응형 커널 스무딩 기법을 사용하여 국소 환경의 과잉 밀도를 측정하여 은하 진화에서 국소 밀도의 역할을 평가한다.
• 휴면형 및 초기형 비율의 적색도 의존성 추세를 분석하여 질량과 환경 의존성의 진화를 평가한다.
• 각 네 하위집단에서 AGN 비율을 계산하여 AGN 피드백이 억제 및 형태 변화에 미치는 역할을 평가한다.
• 집단 비율의 적색도 진화를 비교하여 평균 변화 및 억제 시간 스케일을 추정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 항성 형성 억제가 별질량과 국소 환경에 의존하는 정도가 우주 시간에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ2 질량 대비 환경이 거대 은하의 형태 변화를 이끄는 데서 상대적으로 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 왜 휴면형 늦은형(qLs)과 항성 형성 늦은형 초기형(sEs) 은하가 존재하며, 그들의 형성에 어떤 메커니즘이 작용하는가?
• RQ4 AGN 피드백 과정(긍정적 및 부정적)이 qLs와 sEs의 형성에 어떻게 기여하는가?

주요 결과

• 휴면형 비율은 높은 별질량과 높은 국소 과잉 밀도에서 크게 증가하여, 억제에 대해 질량과 환경 모두 강력한 의존성이 있음을 시사한다.
• 억제의 질량 의존성은 우주의 시간이 지남에 따라 감소하지만, 환경 의존성은 z < 1.0에서서야 유의미해지며, 이는 질량 주도에서 환경 주도로의 억제 전환을 나타낸다.
• 형태 변화는 강한 질량 의존성을 보이며, 초기형 비율은 높은 질량에서만 상승하며, 이 의존성은 적색도 감소와 함께 강화된다.
• qLs에서 AGN 비율은 2 < z ≤ 2.5에서 최고에 이르며(부정적 AGN 피드백이 그들의 형성에 기여함을 시사), 시간이 지남에 따라 급격히 감소한다. 반면 sEs는 0.5 ≤ z < 2 범위에서 20–30%의 AGN 비율을 보이며, 이는 긍정적 AGN 피드백이 그들의 형성에 기여할 수 있음을 시사한다.
• qLs의 형성은 고적색도(z > 2)에서 주로 부정적 AGN 피드백에 의해 이끌리며, z < 1.5에서 환경적 억제가 주요 기여자가 된다.