[논문 리뷰] The Wavelength Dependence of High-Redshift Galaxy Structure in the Rest-Frame Ultraviolet

Nicholas A. Bond, Jonathan P. Gardner외 9명|arXiv (Cornell University)|2014. 03. 28.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 허블 우주망원경 WFC3/UVIS 이미징을 사용하여 0.5 < z < 1.5의 198개의 은하형성 은하의 휴먼 프레임 자외선(UV) 구조적 특성을 분석한다. 1500 Å에서 3000 Å로의 파장 변화에 따라 반광도 반경(r₅₀)은 약 5% 감소하고 농도는 약 0.07 감소하는 것으로 나타났으며, 이는 z ~ 1에서 디스크형 은하의 중심부에 더 오래되고 먼지가 많은 복합체가 존재함을 시사한다. 더 높은 적색편이에서 파장 의존성이 약해지는 것은 z ~ 2에서 더 어린, 먼지가 적은 복합체가 존재함을 시사한다.

ABSTRACT

We present the rest-frame UV wavelength dependence of the Petrosian-like half-light radius ($r_{50}$), and the concentration parameter for a sample of 198 star-forming galaxies at 0.5 &lt; z &lt; 1.5. We find a ~5% decrease in $r_{50}$ from 1500 Å to 3000 Å, with half-light radii at 3000 Å ranging from 0.6 kpc to 6 kpc. We also find a decrease in concentration of ~0.07 (1.9 &lt; $C_{3000}$ &lt; 3.9). The lack of a strong relationship between $r_{50}$ and wavelength is consistent with a model in which clumpy star formation is distributed over length scales comparable to the galaxy's rest-frame optical light. While the wavelength dependence of $r_{50}$ is independent of size at all redshifts, concentration decreases more sharply in the far-UV (~1500 Å) for large galaxies at z ~ 1. This decrease in concentration is caused by a flattening of the inner ~20% of the light profile in disk-like galaxies, indicating that the central regions have different UV colors than the rest of the galaxy. We interpret this as a bulge component with older stellar populations and/or more dust. The size-dependent decrease in concentration is less dramatic at z ~ 2, suggesting that bulges are less dusty, younger, and/or less massive than the rest of the galaxy at higher redshifts.

연구 동기 및 목표

• 고적색편이 은하의 휴먼 프레임 UV에서 은하의 구조적 파rameter가 파장에 따라 어떻게 변하는지 조사하기 위해.
• 1500 Å에서 3000 Å 사이의 휴먼 프레임 파장 범위에서 반광도 반경(r₅₀)과 농도가 어떻게 변화하는지 규명하기 위해.
• 관측된 파장 의존성이 별의 인구 기울기, 먼지, 또는 구조적 구성요소(예: 복합체) 중 무엇에 의해 유도되는지 평가하기 위해.
• z ~ 1에서의 구조적 진화를 더 높은 적색편이(z ~ 2)와 비교하여 복합체 형성과 진화를 추론하기 위해.
• 다중 파장 UV 구조 분석을 통해 클러스터형 디스크 은하의 중심 구성요소를 모델링하는 데 실험하기 위해.

제안 방법

• 0.5 < z < 1.5의 은하에 대해 Hubble WFC3/UVIS 필터(F225W, F275W, F336W)를 사용하여 휴먼 프레임 UV 데이터를 확보하였다.
• 휴먼 프레임 1500 Å, 3000 Å, 7000 Å에서 Petrosian 유사 반광도 반경(r₅₀)과 농도 파rameter를 측정하였다.
• UVUDF 및 HUDF12 설문조사에서 유래한 198개의 은하형성 은하에 대해 광학적 및 형태학적 분석을 적용하였다.
• 빛 분포 형태의 파장 의존성 변화를 탐지하기 위해 UV 파장 간의 구조적 파rameter를 비교하였다.
• 일관된 물리적 스케일링을 위해 AB magnitude와 공명 우주론 모델(H₀ = 71 km s⁻¹ Mpc⁻¹, Ωₘ = 0.27, ΩΛ = 0.73)을 사용하였다.
• 은하의 내부 20%에서의 빛 분포 평탄화를 분석하여 복합체 기여도와 먼지 영향을 추론하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고적색편이 은하형성 은하의 반광도 반경(r₅₀)은 휴먼 프레임 UV 파장이 1500 Å에서 3000 Å로 변화할 때 어떻게 변화하는가?
• RQ2 동일한 UV 파장 범위에서 농도는 어떻게 변화하며, 이는 내부 빛 분포에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ3 관측된 농도의 파장 의존성은 먼지, 별의 인구 기울기, 또는 복합체와 같은 구조적 구성요소 중 무엇에 의해 발생하는가?
• RQ4 z ~ 1과 z ~ 2 은하 간의 구조적 파라미터의 파장 의존성은 어떻게 다를까?
• RQ5 z ~ 1에서 클러스터형 디스크 은하는 얼마나 많은 중심 구성요소를 보이며, 이들은 더 오래된 인구나 더 먼지가 많은 인구를 포함하는가?

주요 결과

• 반광도 반경(r₅₀)은 1500 Å에서 3000 Å로의 파장 변화에 따라 약 5% 감소하며, 3000 Å에서 r₅₀는 표본 전반에서 0.6 kpc에서 6 kpc의 범위를 가진다.
• 동일한 파장 범위에서 농도는 약 0.07 감소하며, 3000 Å에서의 값은 1.9에서 3.9의 범위를 가진다.
• r₅₀의 파장 의존성은 은하의 크기와 무관하므로, 구조적 변화는 크기의 영향을 받는 것이 아니라 내재된 빛 분포 진화에 기인할 가능성이 높다.
• 짧은 파장(1500 Å)에서의 농도 감소는 내부 20%의 빛 분포가 평탄해지는 데 기인하며, 이는 더 오래되고 먼지가 많은 중심 성분이 존재함을 시사한다.
• z ~ 2에서의 r₅₀에 대한 크기 의존성 감소는 z ~ 1보다 더 뚜렷하지 않으며, 이는 더 높은 적색편이에서 복합체가 더 어리고 먼지가 적으며/또는 더 가벼운 것으로 추론됨을 시사한다.
• r₅₀에 대한 강한 파장 의존성이 없음을 고려하면, 클러스터형 별 형성이 은하의 광학적 빛 분포 척도와 유사한 척도에서 발생한다는 모델을 지지한다.