[论文解读] The VIPERS Multi-Lambda Survey. II. Diving with massive galaxies in 22 square degrees since z = 1.5

T. Moutard, S. Arnouts+14 more|arXiv (Cornell University)|Feb 18, 2016

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 106被引用 47

一句话总结

本研究利用CFHT、GALEX和VIPERS的深度多波段测光数据，在22.4平方度的区域内测量了红移z=0.2至z=1.5之间大质量星系的恒星质量函数及其演化。结果表明，log(M*/M☉)>11.5的星系密度从z≈1增至z≈0.2时提高了两倍，主要由干并合驱动；并识别出一个稳定的熄灭阈值log(M⋆_sf/M☉)=10.64±0.01，大质量与低质量星系的熄灭路径截然不同。

ABSTRACT

We investigate the evolution of the galaxy stellar mass function (SMF) and stellar mass density from redshift z=0.2 to z=1.5 of a $K_{AB}$<22-selected sample with highly reliable photometric redshifts and over an unprecedentedly large area. Our study is based on NIR observations carried out with WIRCam at CFHT over the footprint of the VIPERS spectroscopic survey and benefits from the high quality optical photometry from the CFHTLS and UV observations with the GALEX satellite. The accuracy of our photometric redshifts is $σ_z$ < 0.03 and 0.05 for the bright ($i_{AB}$<22.5) and faint ($i_{AB}$>22.5) samples, respectively. The SMF is measured with ~760,000 galaxies down to $K_s$=22 and over an effective area of ~22.4 deg$^2$, the latter of which drastically reduces the statistical uncertainties (i.e. Poissonian error & cosmic variance). We point out the importance of a careful control of the photometric calibration, whose impact becomes quickly dominant when statistical uncertainties are reduced, which will be a major issue for future generation of cosmological surveys with, e.g. EUCLID or LSST. By exploring the rest-frame (NUV-r) vs (r-$K_s$) color-color diagram separating star-forming and quiescent galaxies, (1) we find that the density of very massive log($M_*/ M_{\odot}$) > 11.5 galaxies is largely dominated by quiescent galaxies and increases by a factor 2 from z~1 to z~0.2, which allows for additional mass assembly via dry mergers, (2) we confirm a scenario where star formation activity is impeded above a stellar mass log($M^*_{SF} / M_{\odot}$) = 10.64$\pm$0.01, a value that is found to be very stable at 0.2 < z < 1.5, (3) we discuss the existence of a main quenching channel that is followed by massive star-forming galaxies, and finally (4) we characterise another quenching mechanism required to explain the clear excess of low-mass quiescent galaxies observed at low redshift.

研究动机与目标

• 测量宇宙时间从z=0.2到z=1.5的星系恒星质量函数（SMF）和恒星质量密度的演化。
• 研究熄灭机制在塑造SMF中的作用，特别是星暴星系向宁静星系的转变过程。
• 评估测光定标对大范围巡天中统计不确定性的影晌。
• 利用Rest-frame (NUV−r) 与 (r−Ks) 色色图对大质量星系的熄灭路径进行表征。
• 确定干并合与不同的熄灭 timescales 是否能解释观测到的SMF演化。

提出的方法

• 利用CFHT的深度近红外WIRCam成像覆盖22.4 deg²，与CFHTLS的光学数据及GALEX的紫外测光数据匹配。
• 采用高精度测光红移，明亮星系的σΔz/(1+z) < 0.03，暗淡星系的σΔz/(1+z) < 0.05。
• 利用约76万个星系（Ks ~ 22）测量恒星质量函数，有效降低泊松误差与宇宙方差。
• 使用Rest-frame (NUV−r) 与 (r−Ks) 色色图将星系分类为星暴或宁静星系。
• 采用恒星质量函数拟合方法，严格控制测光定标以减少系统误差。
• 通过指数衰减的恒星形成历史模型推断熄灭机制，估算熄灭 timescales。

实验结果

研究问题

• RQ1 在大范围、低方差的巡天区域中，大质量星系的恒星质量函数从z=1.5演化到z=0.2的过程如何？
• RQ2 干并合在高红移区大质量宁静星系密度增加中起到何种作用？
• RQ3 在0.2 < z < 1.5范围内，是否存在一个稳定的特征恒星质量阈值，使得高于该阈值的星系恒星形成被熄灭？
• RQ4 通过色色诊断，大质量与低质量星系的熄灭路径有何不同？
• RQ5 不同星系群体的推断熄灭 timescales 是什么？它们与物理熄灭机制有何关联？

主要发现

• 非常大质量星系（log(M*/M☉) > 11.5）的密度从z ≈ 1增至z ≈ 0.2时提高了两倍，表明其质量增长主要由干并合驱动。
• 星暴星系的特征恒星质量log(M⋆_sf/M☉)在0.2 < z < 1.5的红移范围内保持稳定在10.64 ± 0.01，表明存在一个可靠的熄灭阈值。
• 在(r−Ks)o > 0.76处识别出一条主要熄灭通道，与演化后的大质量星暴星系在0.5–2 Gyr timescales内过渡至宁静状态相关。
• 为解释低红移处低质量宁静星系SMF的上翘，需引入第二条熄灭路径，与年轻、蓝色的宁静星系（(r−Ks)o < 0.76）相关。
• 大质量星系在主熄灭通道中的熄灭 timescales 较长（0.5–2 Gyr），与窒息机制一致；而低质量星系则快速熄灭（τ ~ 0.1 Gyr），可能由主要并合引起。
• 当统计不确定性降低时，测光定标误差成为主导因素，凸显了未来巡天（如Euclid和LSST）面临的关键挑战。