[论文解读] Galaxy and Mass Assembly (GAMA): maximum likelihood determination of the luminosity function and its evolution

J. Loveday, P. Norberg+7 more|arXiv (Cornell University)|May 5, 2015

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用 4

一句话总结

本文提出一种改进的联合逐步最大似然法（JSWML），用于在GAMA-II巡天中同时测量r波段星系光度函数（LF）及其演化，校正径向密度变化以及光度/密度演化。研究发现，蓝星系表现出更强的光度演化（衰减约0.5 mag）和更高的光度密度演化，且光度演化与密度演化参数之间存在显著的退化关系。

ABSTRACT

We describe modifications to the joint stepwise maximum likelihood method of Cole (2011) in order to simultaneously fit the GAMA-II galaxy luminosity function (LF), corrected for radial density variations, and its evolution with redshift. The whole sample is reasonably well-fit with luminosity (Qe) and density (Pe) evolution parameters Qe, Pe = 1.0, 1.0 but with significant degeneracies characterized by Qe = 1.4 - 0.4Pe. Blue galaxies exhibit larger luminosity density evolution than red galaxies, as expected. We present the evolution-corrected r-band LF for the whole sample and for blue and red sub-samples, using both Petrosian and Sersic magnitudes. Petrosian magnitudes miss a substantial fraction of the flux of de Vaucouleurs profile galaxies: the Sersic LF is substantially higher than the Petrosian LF at the bright end.

研究动机与目标

• 开发一种在存在径向密度变化和宇宙演化背景下的星系光度函数（LF）测量稳健方法。
• 在红移基线为z ≈ 0.35的GAMA-II巡天中，校正光度和星数密度演化。
• 比较蓝星系与红星系群体在光度和密度变化方面的演化差异。
• 利用模拟数据与本地SDSS数据对比，评估方法的可靠性。
• 使用Petrosian和Sérsic星等提供演化校正后的LF，突出标准测光中通量损失的问题。

提出的方法

• 将Cole（2011）的联合逐步最大似然法（JSWML）改进，以包含径向密度校正和演化建模。
• 使用密度校正后的Vmax值，以考虑巡天体积中的径向过密现象。
• 在红移分箱中同时拟合非参数化LF估计值与演化参数（Qe表示光度演化，Pe表示密度演化）。
• 将该方法应用于具有光谱红移（nQ ≥ 3）的GAMA-II数据，以及Petrosian/Sérsic星等。
• 利用模拟数据测试方法性能，并验证对真实LF及演化参数的恢复能力。
• 将结果与本地SDSS数据对比，以评估准确性和一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在存在显著径向密度变化和宇宙演化的流量受限巡天中，如何准确测量星系光度函数？
• RQ2 在GAMA-II巡天中，光度演化与星数密度演化对观测到的LF的相对贡献是什么？
• RQ3 蓝星系与红星系群体的演化参数有何差异？
• RQ4 与Sérsic星等相比，Petrosian星等在多大程度上低估了光度函数？
• RQ5 尽管存在Qe与Pe之间的退化关系，该方法是否能可靠地恢复真实LF及演化参数？

主要发现

• 整体星系群体在r波段表现出约0.5 mag的光度衰减，且自z ≈ 0.5以来共动星数密度下降约1.6倍。
• 蓝星系的光度演化显著强于红星系，光度密度演化差异达到约5σ水平。
• 与Petrosian星等相比，Sérsic星等得到的光度函数在明亮端显著更高，这是由于后者遗漏了部分通量。
• 光度函数无法用Schechter函数良好描述，尤其对红星系而言，其在暗端和亮端均存在多余计数。
• 光度演化（Qe）与密度演化（Pe）之间存在退化关系，关系式为Qe ≈ 1.4 - 0.4Pe，限制了对单个参数的精确约束。
• 该方法成功以高精度恢复了演化校正后的LF，经模拟验证及与SDSS数据对比得到确认。