[论文解读] Scaling relations of cluster elliptical galaxies at z~1.3. Distinguishing luminosity and structural evolution

P. Saracco, A. Casati+11 more|arXiv (Cornell University)|Jan 22, 2014

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 83被引用 16

一句话总结

本研究利用大小-表面亮度关系与大小-质量关系，分析了红移 z~1.3 处的16个大质量星系团椭圆星系，评估其演化状态。通过与本地星系团样本比较，作者发现这些星系的恒星质量增长已基本完成，若不违反本地关系，则无法经历显著的大小或质量演化，表明其大小演化主要由盘星系驱动，而非椭圆星系。

ABSTRACT

[Abridged] We studied the size-surface brightness and the size-mass relations of a sample of 16 cluster elliptical galaxies in the mass range 10^{10}-2x10^{11} M_sun which were morphologically selected in the cluster RDCS J0848+4453 at z=1.27. Our aim is to assess whether they have completed their mass growth at their redshift or significant mass and/or size growth can or must take place until z=0 in order to understand whether elliptical galaxies of clusters follow the observed size evolution of passive galaxies. To compare our data with the local universe we considered the Kormendy relation derived from the early-type galaxies of a local Coma Cluster reference sample and the WINGS survey sample. The comparison with the local Kormendy relation shows that the luminosity evolution due to the aging of the stellar content already assembled at z=1.27 brings them on the local relation. Moreover, this stellar content places them on the size-mass relation of the local cluster ellipticals. These results imply that for a given mass, the stellar mass at z~1.3 is distributed within these ellipticals according to the same stellar mass profile of local ellipticals. We find that a pure size evolution, even mild, is ruled out for our galaxies since it would lead them away from both the Kormendy and the size-mass relation. If an evolution of the effective radius takes place, this must be compensated by an increase in the luminosity, hence of the stellar mass of the galaxies, to keep them on the local relations. We show that to follow the Kormendy relation, the stellar mass must increase as the effective radius. However, this mass growth is not sufficient to keep the galaxies on the size-mass relation for the same variation in effective radius. Thus, if we want to preserve the Kormendy relation, we fail to satisfy the size-mass relation and vice versa.

研究动机与目标

• 确定 z~1.3 处的大质量星系团椭圆星系是否已完成其恒星质量增长。
• 评估观测到的宁静星系大小演化是否由单个椭圆星系驱动，或由其他星系类型驱动。
• 检验光度与结构演化是否可共存而不违反本地关系（Kormendy 关系与大小-质量关系）。
• 将高红移星系团椭圆星系与本地星系团样本进行比较，以区分质量、大小与光度演化。
• 评估星系团环境是否导致与相同红移下场星系椭圆星系不同的演化行为。

提出的方法

• 利用 F850LP 波段 ACS 成像，通过 GALFIT 拟合 Sersic 分布，测量有效半径、表面亮度与总星等。
• 在至少五个星等的表面亮度范围内拟合表面亮度剖面，以确保结构参数估计的稳健性。
• 将高红移星系与本地参考样本（Coma 星系团与 WINGS 巡天）进行比较，评估 Kormendy 关系与大小-质量关系中的演化情况。
• 使用星族合成模型（BC03 与 CB07）从光度数据估算年龄与恒星质量。
• 通过检验纯大小演化、纯光度演化与联合演化，评估演化路径是否符合本地关系。
• 在各种演化情景下，评估观测星系与本地关系的一致性，以约束允许的演化路径。

实验结果

研究问题

• RQ1 z~1.3 处的大质量星系团椭圆星系是否已完成其恒星质量增长，或仍处于演化过程中？
• RQ2 观测到的宁静星系大小演化是否可由单个椭圆星系随时间增大来解释？
• RQ3 观测到的宁静星系大小演化主要由椭圆星系驱动，还是由其他形态类型驱动？
• RQ4 z~1.3 处的星系团椭圆星系是否遵循与本地椭圆星系相同的 Kormendy 关系与大小-质量关系？这对其演化历史有何含义？
• RQ5 星系团椭圆星系与相同红移下场星系椭圆星系的演化行为是否存在差异？

主要发现

• 在考虑宁静星族恒星种群老化后，观测星系位于本地 Kormendy 关系上，表明其仅通过光度演化即可与本地关系对齐。
• 在 z~1.3 时，恒星质量在星系内的分布与本地椭圆星系的恒星质量分布一致，表明其质量分布无显著结构演化。
• 即使轻微的纯大小演化也被排除，因其会使星系偏离 Kormendy 关系与大小-质量关系。
• 任何大小增加都必须伴随光度与恒星质量的相应增加，以维持与本地关系的一致性，但这种组合无法同时满足两个关系。
• Kormendy 关系与大小-质量关系的联合约束表明，这些星系无法在大小或质量上显著增长，意味着其质量组装在 z~1.3 时已基本完成。
• 结果表明，观测到的宁静星系大小演化并非由椭圆星系驱动，而是主要由盘星系引起，与其它研究结果一致。