[论文解读] The VIMOS VLT Deep Survey :Evolution of the major merger rate since z~1 from spectroscopicaly confirmed galaxy pairs

L. de Ravel, O. Le Fèvre+49 more|arXiv (Cornell University)|Jul 16, 2008

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用 109

一句话总结

本研究利用VIMOS VLT深空 Survey 的光谱确认双星系统，测量了红移 z~1 至 z~0.5 期间星系主要并合率的演化。结果发现，并合率强烈依赖于星系的光度和类型：较暗的星系在过去经历更频繁的并合，而大质量早型星系的并合演化较慢，自 z~1 以来通过主要并合贡献了其当前恒星质量约 20%。

ABSTRACT

From the VIMOS VLT Deep Survey we use a sample of 6447 galaxies with I_{AB} < 24 to identify 251 pairs of galaxies, each member with a secure spectroscopic redshift, which are close in both projected separation and in velocity. We find that at z ~ 0.9, 10.9 +/- 3.2 % of galaxies with M_B(z) < -18-Qz are in pairs with separations dr < 20 kpc/h, dv < 500 km/s, and with dM_B < 1.5, significantly larger than 3.76 +/- 1.71 % at z ~ 0.5; we find that the pair fraction evolves as (1+z)^m with m = 2.49 +/- 0.56. For brighter galaxies with M_B(z=0) < -18.77, the pair fraction is higher and its evolution with redshift is somewhat flatter with m=1.88 \pm 0.40, a property also observed for galaxies with increasing stellar masses. Early type, dry mergers, pairs increase their relative fraction from 3 % at z ~ 0.9 to 12 % at z ~ 0.5. We find that the merger rate evolves as N_{mg}=(9.05 +/- 3.76) * 10^{-4}) * (1+z)^{2.43 +/- 0.76}. We find that the merger rate of galaxies with M_B(z) < -18-Qz has significantly evolved since z ~ 1. The merger rate is increasing more rapidly with redshift for galaxies with decreasing luminosities, indicating that the flat evolution found for bright samples is not universal. The merger rate is also strongly dependent on the spectral type of galaxies involved, late type mergers being more frequent in the past, while early type mergers are more frequent today, contributing to the rise in the local density of early type galaxies. About 20 % of the stellar mass in present day galaxies with log(M/M_{sun}) > 9.5 has been accreted through major merging events since z ~ 1, indicating that major mergers have contributed significantly to the growth in stellar mass density of bright galaxies over the last half of the life of the Universe.

研究动机与目标

• 利用光谱确认的双星系统，测量自 z~1 以来星系主要并合率的演化。
• 研究并合率如何依赖于星系光度、恒星质量及光谱类型（早型与晚型）。
• 量化主要并合对现今星系恒星质量增长的贡献。
• 通过考虑光度与光谱类型依赖性，调和关于并合率演化的相互矛盾观测结果。
• 评估并合对星系双星系统中恒星形成率的影响。

提出的方法

• 从 VIMOS VLT 深空 Survey 中识别出 314 对光谱确认的星系双星，其 I_AB ≤ 24，红移范围为 z~0.5 至 z~0.9。
• 通过投影分离 Δrp ≤ 20 h⁻¹ kpc、速度差 Δv ≤ 500 km/s 及星等差 ΔMB ≤ 1.5 定义双星对。
• 在假设 H₀ = 70 km s⁻¹ Mpc⁻¹、ΩM = 0.3、ΩΛ = 0.7 的前提下，计算红移与光度函数的双星分数。
• 采用 Kitzbichler & White (2008) 的并合 timescale 规范，将双星分数转换为并合率密度。
• 根据光谱类型（早型、晚型、混合）对双星对进行分类，以评估并合类型演化。
• 追踪星系系统中 rest-frame [OII] 等效宽度，以测量并合系统中恒星形成增强情况。

实验结果

研究问题

• RQ1 星系的主要并合率从 z~1 演化至 z~0.5 如何变化？
• RQ2 并合率如何依赖于星系光度或恒星质量？
• RQ3 并合率如何随并合星系的光谱类型（如晚型与早型）而变化？
• RQ4 自 z~1 以来，主要并合对大质量星系恒星质量增长的贡献有多大？
• RQ5 并合星系双星系统中的恒星形成率是否增强？这对整体恒星形成历史有何影响？

主要发现

• 在 z~0.9 时，MB(z) ≤ -18 - 1.11z 的星系中，10.9±3.2% 处于 Δrp ≤ 20 h⁻¹ kpc 且 Δv ≤ 500 km/s 的双星对中，至 z~0.5 时下降至 3.8±1.7%。
• 双星分数随 (1+z)^m 演化，对较暗星系（MB(z) ≤ -18 - 1.11z）而言，m = 4.73±2.01，表明演化强烈。
• 对明亮星系（MB(z=0) ≤ -18.77），双星分数演化较慢，m = 1.50±0.76，与较低的并合率演化一致。
• MB(z) ≤ -18 - 1.11z 星系的并合率演化为 (4.96±2.07)×10⁻⁴ × (1+z)^(2.20±0.77) 并合 Mpc⁻³ Gyr⁻¹。
• 早型（干式）并合的相对比例从 z~0.9 时的 3% 增加至 z~0.5 时的 12%，表明干式并合随时间重要性逐渐提升。
• 自 z~1 以来，通过主要并合累积的恒星质量约占现今星系中 log(M/M☉) ≥ 9.5 的星系恒星质量的 ~20%。