[论文解读] On the stellar and baryonic mass fractions of central blue and red galaxies

Aldo Rodríguez-Puebla, V. Ávila-Reese+2 more|Redalyc (Universidad Autónoma del Estado de México)|Mar 21, 2011

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用 15

一句话总结

本研究利用丰度匹配法，基于SDSS数据，推导出中心蓝系与红系星系的独立恒星质量和重子质量-晕质量关系。研究发现，在高晕质量下，红系星系的恒星和重子质量分数高于蓝系星系，峰值效率出现在 $ M_{\rm h} \approx 10^{12} \, M_\odot $ 处，并揭示了不同星系类型在 $ f_{\rm s} $ 和 $ f_{\rm b} $ 上的显著质量依赖性。

ABSTRACT

By means of the abundance matching technique, we infer the local stellar and baryonic mass-halo mass (Ms-Mh and Mb-Mh) relation for central blue and red galaxies separately in the mass range Ms~10^8.5-10^12.0 Msun. The observational inputs are the SDSS central blue and red Galaxy Stellar Mass Functions reported in Yang et al. 2009, and the measured local gas mass-Ms relations for blue and red galaxies. For the Halo Mass Function associated to central blue galaxies, the distinct LCDM one is used and set up to exclude: (i) the observed group/cluster mass function (blue galaxies are rare as centers of groups/clusters), and (ii) halos with a central major merger at resdshifts z<0.8 (dry late major mergers destroy the disks of blue galaxies). For red galaxies, we take the complement of this function to the total. The obtained mean Ms-Mh and Mb-Mh relations of central blue and red galaxies do not differ significantly from the respective relations for all central galaxies. For Mh>10^11.5 Msun, the Ms's of red galaxies tend to be higher than those of blue ones for a given Mh, the difference not being larger than 1.7. For Mh<10^11.5 Msun, this trend is inverted. For blue (red) galaxies: (a) the maximum value of fs=Ms/Mh is 0.021^{+0.016}_{-0.009} (0.034{+0.026}_{-0.015}) and it is attained atlog(Mh/Msun)~12.0 (log(Mh/Msun)~11.9); (b) fs\propto Mh (fs\propto Mh^3) at the low-mass end while at the high-mass end, fs\propto Mh^-0.4 (fs\propto Mh^-0.6). The baryon mass fractions, fb=Mb/Mh, of blue and red galaxies reach maximum values of fb=0.028^{+0.018}_{-0.011} and fb=0.034^{+0.025}_{-0.014}, respectively. For Mh<10^11.3 Msun, a much steeper dependence of fb on Mh is obtained for the red galaxies than for the blue ones. We discuss on the differences found in the fs-Mh and fb-Mh relations between blue and red galaxies in the light of of semi-empirical galaxy models.

研究动机与目标

• 利用观测约束，推导中心蓝系与红系星系的独立恒星质量-晕质量关系。
• 研究星系颜色（蓝 vs. 红）如何影响暗物质晕内恒星与重子形成效率。
• 考察恒星与重子质量分数随晕质量的变化，区分蓝系与红系中心星系。
• 评估星系类型与晕质量对 $ M_{\rm s} $–$ M_{\rm h} $ 关系内在离散度的影响。
• 将半经验结果与弱引力透镜和卫星运动学的直接测量结果进行比较，以处理系统性不确定性。

提出的方法

• 应用丰度匹配技术，将中心蓝系与红系星系的观测恒星质量函数与暗物质晕质量函数关联。
• 以SDSS中心蓝系与红系星系的恒星质量函数及测得的气体质量-恒星质量关系作为观测输入。
• 采用不同的晕质量函数：对蓝系排除星系群/星系团晕及大并合宿主，对红系则采用互补的函数。
• 以 $ \Lambda $CDM 晷质量函数为基准，通过修改以隔离中心星系群体。
• 分别推导蓝系与红系的 $ f_{\rm s} = M_{\rm s}/M_{\rm h} $ 与 $ f_{\rm b} = M_{\rm b}/M_{\rm h} $ 关系。
• 量化 $ f_{\rm s} $ 与 $ f_{\rm b} $ 对 $ M_{\rm h} $ 的依赖性，包括低质量和高质量区的幂律行为。

实验结果

研究问题

• RQ1 中心蓝系与红系星系的恒星质量-晕质量关系有何不同？
• RQ2 蓝系与红系中心星系的恒星与重子质量分数如何随晕质量变化？
• RQ3 $ M_{\rm s} $–$ M_{\rm h} $ 关系的内在离散度如何随星系颜色与晕质量变化？
• RQ4 半经验结果在 $ f_{\rm s} $ 与 $ f_{\rm b} $ 上与弱引力透镜和卫星运动学的直接测量结果在多大程度上一致？
• RQ5 何种物理过程可解释蓝系与红系星系质量分数效率差异的观测结果？

主要发现

• 在 $ M_{\rm h} > 10^{11.5} \, M_\odot $ 时，红系星系的恒星质量分数高于蓝系星系，$ f_{\rm s} $ 最大差异达1.7。
• 蓝系星系的峰值恒星质量分数为 $ f_{\rm s} = 0.021^{+0.016}_{-0.009} $，出现在 $ \log(M_{\rm h}/M_\odot) = 12.0 $ 处；红系星系则为 $ 0.034^{+0.026}_{-0.015} $，出现在 $ \log(M_{\rm h}/M_\odot) = 11.9 $ 处。
• 对于蓝系星系，低质量区 $ f_{\rm s} \propto M_{\rm h} $，高质量区 $ f_{\rm s} \propto M_{\rm h}^{-0.4} $；对于红系星系，分别为 $ f_{\rm s} \propto M_{\rm h}^3 $ 与 $ f_{\rm s} \propto M_{\rm h}^{-0.6} $。
• 最大重子质量分数为蓝系星系的 $ f_{\rm b} = 0.028^{+0.018}_{-0.011} $，红系星系为 $ 0.034^{+0.025}_{-0.014} $，两者均在 $ M_{\rm h} \approx 10^{12} \, M_\odot $ 附近达到峰值。
• 在 $ M_{\rm h} < 10^{11.3} \, M_\odot $ 时，红系星系的 $ f_{\rm b} $ 随 $ \propto M_{\rm h}^{2.9} $ 减小，而蓝系星系则更缓慢地随 $ \propto M_{\rm h}^{0.7} $ 减小。
• 在 $ M_{\rm h} \gtrsim 5 \times 10^{12} \, M_\odot $ 时，蓝系星系的 $ f_{\rm b} $ 略高于红系星系，且蓝系星系的 $ f_{\rm b} \propto M_{\rm h}^{-0.5} $，红系星系则为 $ \propto M_{\rm h}^{-0.6} $。