[논문 리뷰] The Magnitude-Size Relation of Galaxies out to z ~ 1

Luc Simard, David C. Koo외 7명|ArXiv.org|1999. 02. 09.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 31인용 수 97

한 줄 요약

이 연구는 허블 우주望遠鏡 및 케크 망원경 자료를 이용해 z ~ 1까지의 190개의 현장 은하의 등급-크기 관계를 분석하여, 디스크 표면 밝기의 명백한 진화가 주로 선별 효과에 의해 유도된다는 것을 밝혀냈다. 이러한 효과를 보정한 후, 밝은 디스크 지배 은하에서는 유의미한 진화가 관측되지 않아, 우주 시간에 걸쳐 표준 프리먼 디스크 표면 밝기(μ₀,B = 21.65 mag arcsec⁻²)의 안정성을 지지한다.

ABSTRACT

As part of the Deep Extragalactic Evolutionary Probe (DEEP) survey, a sample of 190 field galaxies (I_{814} <= 23.5) in the ``Groth Survey Strip'' has been used to analyze the magnitude-size relation over the range 0.1 < z < 1.1. The survey is statistically complete to this magnitude limit. All galaxies have photometric structural parameters, including bulge fractions (B/T), from Hubble Space Telescope images, and spectroscopic redshifts from the Keck Telescope. The analysis includes a determination of the survey selection function in the magnitude-size plane as a function of redshift, which mainly drops faint galaxies at large distances. Our results suggest that selection effects play a very important role. A first analysis treats disk-dominated galaxies with B/T < 0.5. If selection effects are ignored, the mean disk surface brightness (averaged over all galaxies) increases by ~1.3 mag from z = 0.1 to 0.9. However, most of this change is plausibly due to comparing low luminosity galaxies in nearby redshift bins to high luminosity galaxies in distant bins. If this effect is allowed for, no discernible evolution remains in the disk surface brightness of bright (M_B < -19) disk-dominated galaxies. A second analysis treats all galaxies by substituting half-light radius for disk scale length, with similar conclusions. Indeed, at all redshifts, the bulk of galaxies is consistent with the magnitude-size envelope of local galaxies, i.e., with little or no evolution in surface brightness. In the two highest redshift bins (z > 0.7), a handful of luminous, high surface brightness galaxies appears that occupies a region of the magnitude-size plane rarely populated by local galaxies. Their wide range of colors and bulge fractions points to a variety of possible origins.

연구 동기 및 목표

• 적색이동 z ~ 1까지의 은하에서의 등급-크기 관계 진화를 조사하는 것.
• 조사 선별 기능이 표면 밝기 진화를 해석하는 데 미치는 영향을 평가하는 것.
• 디스크 지배 은하가 우주 시간에 따라 중심 표면 밝기에 유의미한 변화를 보이는지 확인하는 것.
• 고적색이동 은하들을 국지 샘플과 비교하여 잠재적 진화 경향을 식별하는 것.

제안 방법

• 이 연구는 그로스 설비 스트립의 DEEP 조사에서 유래한 190개의 현장 은하(비율 I₈₁₄ ≤ 23.5)로 구성된 통계적으로 완전한 샘플을 사용한다.
• 은하의 구조적 매개변수, 즉 부두 비율(B/T), 반광반경, 절대 등급은 허블 우주망원경 이미징 자료에서 유도된다.
• 케크 망원경의 분광적 적색이동 자료를 이용해 우주적 거리와 휴지수 등급을 보정한다.
• 적색이동에 따라 변하는 조사 선별 기능 S_US(M_B₀, R_d)를 모델링하여 희미하고 먼 은하에 대한 탐지 편향을 정량화한다.
• 관측된 표면 밝기 분포는 선별 기능을 이용해 보정되어 진정 분포를 추정하며, 자료를 동일한 선별 기능으로 스케일링하기 위해 식(7)을 적용한다.
• 국지 샘플(BBFN, Burstein 등)과 다른 고적색이동 조사(Schade 등, Roche 등)와의 비교를 통해 일관성을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 z ~ 0.1에서 z ~ 0.9로의 디스크 지배 은하의 중심 표면 밝기는 유의미하게 진화하는가?
• RQ2 조사 선별 효과가 고적색이동 은하 샘플에서 진정한 표면 밝기 진화를 모방하거나 가림으로써 어느 정도의 영향을 미치는가?
• RQ3 고적색이동 은하의 등급-크기 관계는 표준 프리먼 관계(μ₀,B = 21.65 mag arcsec⁻²)와 어떻게 비교되는가?
• RQ4 고적색이동에서 디스크 지배 은하와 부두 지배 은하 사이에 등급-크기 관계에 체계적인 차이가 있는가?
• RQ5 고적색이동 은하 중 등급-크기 평면의 높은 표면 밝기 영역을 占하는 비율은 얼마이며, 그 기원은 무엇일 수 있는가?

주요 결과

• z = 0.2에서 μ₀,B = 21.7 mag arcsec⁻²에서 z = 0.8에서 20.4 mag arcsec⁻²로 평균 디스크 표면 밝기가 증가하는 것처럼 보이는 것은 주로 고적색이동에서 더 밝은 은하를 선별하는 데 유리한 선별 효과에 기인한다.
• 조사 선별 기능을 보정한 후, 0.1 < z < 0.9 범위 내에서 밝은(M_B < -19) 디스크 지배 은하의 중심 표면 밝기에 유의미한 진화는 관측되지 않는다.
• 모든 적색이동에서, 고적색이동 밴드를 포함하여 대부분의 은하가 표준 프리먼 관계(μ₀,B = 21.65 mag arcsec⁻²)로 정의된 국지 등급-크기 외곽선과 일치한다.
• 두 번째로 고적색이동 밴드(z > 0.7)에서는 국지 은하에서 거의 발견되지 않는 영역에 빛나는 고표면 밝기 은하들이 소수 나타나, 기원이 다양할 수 있음을 시사한다.
• 가장 높은 적색이동 밴드에서 약 25%의 은하가 표준 프리먼 표면 밝기 근처를 유지하여, z ~ 1에서 고표면 밝기 디스크가 희귀하지 않음을 시사한다.
• 반광반경을 디스크 스케일 길이 대신 사용한 결과 유사한 결론이 도출되어, 다양한 구조적 정의에 걸쳐 결과의 강건성을 뒷받침한다.