[论文解读] Evolution of the colour-magnitude relation of early-type galaxies in distant clusters

Tadayuki Kodama, N. Arimoto+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 18, 1998

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 8

一句话总结

本研究利用Kodama & Arimoto (1997)演化模型，分析了17个遥远星系团（0.31 < z < 1.27）中早型星系的色彩-星等关系（CMR），发现各星系团的CMR斜率和零点一致。研究结论指出，富星系团中的早型星系在 z_f > 2–4 时均匀形成，其恒星族年龄几乎相等，并存在与光度相关的金属度序列，为星系团形成模型提供了强有力约束。

ABSTRACT

We present a thorough quantitative analysis of the evolution of the colour-magnitude relation for early-type galaxies in 17 distant clusters with redshifts 0.31 &lt; z &lt; 1.27 using the Kodama &amp; Arimoto (1997) evolutionary model for elliptical galaxies. The model is calibrated to reproduce the colour- magnitude relation for Coma ellipticals at z ~ 0 and gives the evolution of the slope and zero-point as a function of redshift. We find no significant differences between the colour-magnitude relations of the clusters in our sample. The slopes can be reproduced by a single model sequence in which all elliptical galaxies are assumed to be equally old (the maximum age difference allowed for the brightest 3 magnitudes is only 1 Gyr) and to have mean stellar metallicities which vary as a function of galaxy luminosity. The zero-points of the colour-magnitude relations constrain the epoch of major star formation in early-type galaxies to z_f&gt;2-4. This study provides two important constraints for any model of the formation of rich clusters: the uniformity of the ages of the stellar populations in the early-type galaxies and the universality of the metallicity sequence of these galaxies as a function of galaxy mass.

研究动机与目标

• 研究遥远星系团中早型星系的色彩-星等关系（CMR）演化。
• 确定高红移下早型星系中恒星族的年龄与金属度分布。
• 检验CMR在不同星系团中是否具有普适性，并约束早型星系的形成时际。
• 评估Kodama & Arimoto (1997)演化模型在 z > 0.3 范围内重现观测CMR特性的一致性。
• 为富星系团的形成历史提供观测约束。

提出的方法

• 采用Kodama & Arimoto (1997)演化合成模型预测椭圆星系的CMR，并校准至 z ≈ 0 时的室女座星系团。
• 该模型假设为单一恒星族，初始质量函数为Salpeter型，并包含金属度与年龄对颜色和星等的影响。
• 将17个遥远星系团（0.31 < z < 1.27）的观测CMR与模型预测进行比较，以约束零点和斜率的演化。
• 在假设恒定形成红移的前提下，将最亮星系之间的年龄差异约束在 ≤1 Gyr 以内。
• 允许金属度随星系光度变化，遵循质量-金属度关系。
• 通过比较模型预测的CMR零点和斜率与观测数据在红移范围内的匹配程度，评估模型拟合效果。

实验结果

研究问题

• RQ1 遥远星系团中早型星系的色彩-星等关系在不同红移和星系团之间是否一致？
• RQ2 基于CMR零点演化的约束，早型星系恒星族的形成红移是多少？
• RQ3 早型星系中恒星族在最亮星等范围内是否具有均匀的年龄分布？
• RQ4 早型星系的金属度是否与光度相关，如模型所预测？
• RQ5 一个单一的演化模型能否解释 0.31 < z < 1.27 全红移范围内观测到的CMR特性？

主要发现

• 所有17个星系团的色彩-星等关系斜率均与单一演化序列一致，表明最亮星系之间恒星族年龄弥散极小（最大年龄差 ≤1 Gyr）。
• CMR零点演化将早型星系的形成红移约束在 z_f > 2–4，表明其形成早期且迅速。
• 观测到的CMR最符合具有光度依赖性金属度序列的模型，即质量更大的星系具有更高的金属度。
• 在不同红移的星系团之间未发现CMR的显著差异，表明富星系团中早型星系具有普遍的演化模式。
• CMR在星系团间的统一性支持了星系团形成历史一致及环境均匀性的观点。
• 研究结果为星系团形成模型提供了强有力约束，支持恒星族早期快速形成，并具有普遍的金属度-光度关系。