[论文解读] Resolved mass assembly and star formation in Milky Way Progenitors since $z = 5$ from JWST/CANUCS: From clumps and mergers to well-ordered disks

Vivian Yun Yan Tan, Adam Muzzin+18 more|arXiv (Cornell University)|Dec 10, 2024

Astronomy and Astrophysical Research被引用 4

一句话总结

本研究利用詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）在18至21个波段的深度CANUCS光度测量，解析了从z=5到z=0.3的909个银河系前体星系的恒星质量与恒星形成率分布图。研究揭示了由内而外的质量聚集过程，外区特定恒星形成率（sSFR）在z≈2前持续上升，且星系由z<3前的混沌、合并主导系统逐渐演变为有序盘状结构，其中半质量半径翻倍，而Sérsic指数保持在n≈1左右。

ABSTRACT

We present a resolved study of 877 progenitors of Milky Way Analogs (MWAs) at $0.3

研究动机与目标

• 利用高分辨率光度测量，追溯从z=5到z=0.3的银河系前体星系的解析质量聚集与恒星形成演化过程。
• 确定银河系类星系（MWAs）是否如盘状星系形成模型所预测的那样经历由内而外的生长。
• 量化合并事件、团块状结构与结构扰动在塑造早期MWA演化中的作用。
• 评估形态与恒星形成性质随红移的变化，特别是在宇宙正午（z≈2）附近。
• 将观测到的结构变化与物理机制（如爆发式恒星形成和合并引发的动力加热）联系起来。

提出的方法

• 通过CANUCS巡天场中的丰度匹配方法，选取了909个银河系前体候选星系，覆盖0.3<z<5的红移范围。
• 对来自NIRCam、NIRISS和HST的18–21波段光度数据应用密集基函数谱谱能量分布（SED）拟合，生成空间解析的恒星质量与SFR分布图。
• 构建恒星质量与特定恒星形成率（sSFR）的径向分布，以分析由内而外的生长过程及其随红移的演化。
• 利用Gini-M20平面与不对称性参数（CAS与RMS），基于质量图形态对星系进行扰动或合并状态的分类。
• 测量Sérsic指数与半质量半径（Re），追踪结构演化与盘状结构随时间的增长。
• 在不同红移区间（z≈5, 4, 3, 2, 1.75, 0.5）对sSFR与质量分布进行堆叠，分析恒星形成与质量分布的平均趋势。

Figure 2: Top panel: Integrated stellar masses (obtained with Dense Basis) versus photometric redshift of MWA progenitors in the CANUCS fields selected by abundance matching and SMFs. The solid black line is the rolling median of the stellar mass for each redshift range, and corresponds to the solid

实验结果

研究问题

• RQ1 银河系前体星系的恒星质量聚集如何随红移演化？是否与由内而外的生长一致？
• RQ2 特定恒星形成率（sSFR）分布的空间与时间演化特征如何，特别是在内区与外区之间？
• RQ3 在z>3时，合并事件与结构扰动在多大程度上塑造了银河系类星系的早期演化？
• RQ4 Sérsic指数与半质量半径如何演化？它们对盘状结构形成意味着什么？
• RQ5 在宇宙时空中，团块状恒星形成与底层质量分布之间存在何种关系？

主要发现

• 在z=5到z=2期间，MWA前体星系内区（R<2 kpc）的恒星质量基本保持不变，约为10^9.3–9.4 M☉，表明内区质量增长极小。
• 在z=5到z=2期间，外区（R>2 kpc）的恒星质量增加了0.8 dex（从10^7.5 M☉增至10^8.3 M☉），证实了强烈的由内而外的质量聚集。
• 外区sSFR随红移降低而上升，在z≈2时达到峰值，仅在宇宙正午之后（z≈1.75）开始下降，而内区sSFR则持续下降。
• 从z=5到z=0.3，中位Sérsic指数基本保持在n≈1，表明盘状结构持续主导；而半质量半径从z=5到z=3翻倍，从z=3到z=0.3再次翻倍。
• 在4<z<5时，45.8±13.8%至62.5±16.1%的星系被分类为扰动星系，16.7±8.3%被分类为正在进行的合并事件，且这两类比例随红移降低而下降。
• 在z>4时，恒星质量图中的团块状结构最显著（但不超过20%的星系），而SFR的团块状结构在低红移时增强，尽管爆发性减弱，表明恒星形成与质量密度的相关性随时间减弱。

Figure 3: The distribution of UVJ colors for the MWA progenitors. Since the quiescent fraction of MWAs is small ( $\sim 0.03\%$ ), The UVJ boundaries are defined with a bimodal distribution of 9615 galaxies in CANUCS at $0<z<5$ , with a 25% quiescent fraction (See Appendix A ). The color calibration