[论文解读] Galaxy Mergers in the Epoch of Reionization I: A JWST Study of Pair Fractions, Merger Rates, and Stellar Mass Accretion Rates at $z = 4.5-11.5$

Qiao Duan, Christopher J. Conselice+31 more|arXiv (Cornell University)|Jul 12, 2024

Astronomy and Astrophysical Research被引用 6

一句话总结

Duan 等人使用概率近对方法，在 JWST 观测场域中从 z=4.5 到 11.5 测量高红移星系的主合并对、合并率和恒星质量积累。

ABSTRACT

We present a full analysis of galaxy major merger pair fractions, merger rates, and mass accretion rates, thus uncovering the role of mergers in galaxy formation at the earliest previously unexplored epoch of $4.5

研究动机与目标

• 推动理解合并如何驱动早期星系的形成与组装。
• 量化 z=4.5–11.5 期间由于合并引起的对比率、合并率与恒星质量积累。
• 开发并应用一种利用光谱能量相关后验的概率近对方法，以稳健识别合并候选者。
• 评估合并对早期宇宙内在源星形成相比的总体恒星质量增长的贡献。

提出的方法

• 使用八个 JWST Cycle-1 场域（CEERS、JADES GOODS-S、NEP-TDF、NGDEEP、GLASS、El-Gordo、SMACS-0723、MACS-0416），总面积为 189.36 arcmin^2。
• 采用将完整光学红移后验整合在内的概率对计数方法，以识别物理投影分离在 20–50 kpc 的近对。
• 对 log10(M*/M_sun) 的恒星质量选择在 8.0 与 10.0 之间，并应用补充分并且为主合并的质量比截断(mu > 1/4)。
• 通过结合投影、视线和质量选择标准在红shift 后验上，计算出一个对概率函数（Pair Probability Function），再积分以获取最终的对比率。
• 从推断的对统计量中推导合并率和恒星质量积累，并假设 Planck 2018 宇宙学用于距离尺度。

实验结果

研究问题

• RQ1 从 z=4.5 到 z=11.5，主星系对比率的演化是怎样的？
• RQ2 在 z=4.5–11.5 期间星系合并率如何演化，何处达到峰值或趋于平台？
• RQ3 相对于就地星形成，这些时代合并对星系的恒星质量增长贡献如何？
• RQ4 将概率、红shift 后验整合的方法在高红移下识别真实合并对的鲁棒性有何影响？

主要发现

• 对比率在 z≈8 附近上升并达到 0.211±0.065，随后在 z=11.5 仍大致保持平坦。
• 合并率从局部宇宙上升至 z≈6，再在 z=11.5 之前稳定在约 6 Gyr^-1。
• 对比率和合并率的红移演化用幂律加指数模型描述比简单幂律更好，尤其在 z=8–11.5 区间。
• 平均而言，从 z=10.5 到 z=5.0，星系由于合并而增加的恒星质量约为 2.77±0.99 倍。
• 合并对恒星质量增长的贡献约为 71±25%，相当于来自气体的星形成，对高红移的星系组装贡献约等于一半。