[论文解读] Probing early-type galaxy evolution with the Kormendy relation

B. Ziegler, R. P. Saglia+4 more|arXiv (Cornell University)|Mar 15, 1999

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 1被引用 7

一句话总结

本研究利用静止参考系B波段的Kormendy关系（μₑ–logRₑ）探测了红移z=0.4–0.55的遥远星系团中早型星系（E/S0/Sa）的演化。通过分析HST表面亮度剖面并应用真实的K校正，发现该关系的斜率随红移无显著变化，且光度演化与被动演化模型（z₈ > 2）及低水平持续恒星形成（时标τ ≈ 1 Gyr）均一致。

ABSTRACT

We investigate the evolution of early-type galaxies in four clusters at z=0.4 (Abell370, Cl0303+17, Cl0939+47 and Cl1447+26) and in one at z=0.55 (Cl0016+16). The galaxies are selected according to their spectrophotometrically determined spectral types and comprise the morphological classes E, S0 and Sa galaxies. Structural parameters are determined by a two-component fitting of the surface brightness profiles derived from HST images. Exploring a realistic range of K-corrections using Bruzual and Charlot models, we construct the rest-frame B-band Kormendy relations (mu_e-log(R_e)) for the different clusters. We do not detect a systematic change of the slope of the relation as a function of redshift. We discuss in detail how the luminosity evolution, derived by comparing the Kormendy relations of the distant clusters with the local one for Coma, depends on various assumptions and give a full description of random and systematic errors by exploring the influences of selection bias, different star formation histories and K-corrections. Early-type galaxies with modest disk components (S0 and Sa) do not differ significantly in their evolution from disk-less ellipticals. The observed luminosity evolution is compatible with pure passive evolution models (with redshift of formation z>2) but also with models that allow ongoing star formation on a low level, like exponentially decaying star formation models with an e-folding time of tau=1 Gyr.

研究动机与目标

• 利用Kormendy关系研究高红移（z ≈ 0.4–0.55）早型星系（E, S0, Sa）的结构与光度演化。
• 确定Kormendy关系的斜率是否随红移演化，以检验星系形成与演化模型。
• 评估选择偏差、恒星形成历史及K校正对推断光度演化的影响。
• 将遥远星系团中观测到的Kormendy关系与本地Coma星系团的关系进行比较，以约束演化模型。

提出的方法

• 通过HST成像的光谱测光光谱类型，从四个z ≈ 0.4的星系团和一个z ≈ 0.55的星系团中选取早型星系。
• 采用双组分模型（核球+盘面）拟合表面亮度剖面，以推导有效半径（Rₑ）和表面亮度（μₑ）。
• 利用Bruzual & Charlot恒星群体合成模型应用真实的K校正，将观测星等转换为静止参考系B波段。
• 为每个星系团构建静止参考系B波段的Kormendy关系（μₑ与logRₑ关系），并与本地Coma星系团的关系进行比较。
• 通过蒙特卡洛模拟量化系统误差与随机误差，涵盖选择偏差、恒星形成历史变化及K校正不确定性。
• 将纯被动演化模型与指数衰减恒星形成模型（τ = 1 Gyr）与观测数据进行对比评估。

实验结果

研究问题

• RQ1 在z ≈ 0.4至z ≈ 0.55之间，早型星系的Kormendy关系斜率是否随红移演化？
• RQ2 早型星系的观测光度演化与被动演化和活跃恒星形成模型的预测相比如何？
• RQ3 选择效应、K校正及恒星形成历史假设在多大程度上影响对演化的推断？
• RQ4 具有适度盘成分的S0和Sa星系在高红移时是否与纯椭圆星系（E）在演化上存在显著差异？
• RQ5 遥远星系团中的Kormendy关系对早型星系形成红移（z₈）提供了何种约束？

主要发现

• 在本地Coma星系团与红移z ≈ 0.4–0.55的遥远星系团之间，未检测到Kormendy关系斜率的显著演化。
• 观测到的光度演化与假设形成红移z₈ > 2的被动演化模型一致。
• 数据也允许存在低水平持续恒星形成的模型，例如时标τ ≈ 1 Gyr的指数衰减恒星形成模型。
• 具有适度盘成分的S0和Sa星系与纯椭圆星系在演化上无显著差异。
• 已量化K校正和选择效应带来的系统不确定性，发现在模型框架内可管理。
• 本研究证明，当结合精确的K校正与结构建模时，Kormendy关系是探测星系演化的稳健工具。