[论文解读] Stellar populations of galaxies in the ALHAMBRA survey up to $z \sim 1$. III. The stellar content of the quiescent galaxy population during the last $8$ Gyr

L. A. Díaz-García, A. J. Cenarro+28 more|arXiv (Cornell University)|Feb 19, 2018

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 193被引用 9

一句话总结

本研究利用多波段测光和星族合成模型，分析了ALHAMBRA巡天中红移z ~ 1以内的宁静星系的恒星族特性，推导出质量加权金属度、尘埃消光及恒星形成历史的约束。研究发现，金属度随恒星质量减小和红移增加而系统性降低，且在不同单个星族（SSP）模型下结果一致；EMILES模型显示尘埃消光相对均匀，A_V ~ 0.2，表明需要包含并合与残余恒星形成等复杂演化路径的多机制模型才能解释观测趋势。

ABSTRACT

We aim at constraining the stellar population properties of quiescent galaxies. These properties reveal how these galaxies evolved and assembled since $z\sim1$ up to the present time. Combining the ALHAMBRA multi-filter photo-spectra with the SED-fitting code MUFFIT, we build a complete catalogue of quiescent galaxies via the dust-corrected stellar mass vs colour diagram. This catalogue includes stellar population properties, such as age, metallicity, extinction, stellar mass and photometric redshift, retrieved from the analysis of composited populations based on two independent sets of SSP models. We develop and apply a novel methodology to provide, for the first time, the analytic probability distribution functions (PDFs) of mass-weighted age, metallicity, and extinction of quiescent galaxies as a function of redshift and stellar mass. We adopt different star formation histories to discard potential systematics in the analysis. The number density of quiescent galaxies is found to increase since $z\sim1$, with a more substantial variation at lower mass. Quiescent galaxies feature extinction $A_V<0.6$, with median values in the range $A_V = 0.15\mathrm{-}0.3$. At increasing stellar mass, quiescent galaxies are older and more metal rich since $z\sim1$. A detailed analysis of the PDFs reveals that the evolution of quiescent galaxies is not compatible with passive evolution and a slight decrease is hinted at median metallicity $0.1\mathrm{-}0.2$~dex. The intrinsic dispersion of the age and metallicity PDFs show a dependence with stellar mass and/or redshift. These results are consistent with both sets of SSP models and the alternative SFH assumptions explored. Consequently, the quiescent population must undergo an evolutive pathway including mergers and/or remnants of star formation to reconcile the observed trends, where the `progenitor' bias should also be taken into account.

研究动机与目标

• 利用ALHAMBRA巡天的多波段测光数据，表征过去8 Gyr内宁静星系的恒星成分。
• 确定宁静星系中质量加权金属度和尘埃消光对恒星质量和红移的依赖关系。
• 评估不同星族合成模型和恒星形成历史假设对推导物理量的影响。
• 评估模型选择带来的系统性效应，以及对MZR关系和“下行演化”等关键关系的约束。
• 通过多机制演化模型，调和观测到的星系数密度、金属度和消光PDF宽度随质量和红移的变化趋势。

提出的方法

• 采用BC03和EMILES星族合成模型进行星族合成（SPS）建模，从ALHAMBRA测光数据中推导物理性质。
• 通过模型网格的谱谱能量分布（SED）拟合，估算恒星质量、金属度、尘埃消光及恒星形成历史。
• 分析金属度和消光的概率密度函数（PDF），量化其与质量及红移的依赖关系和离散程度。
• 系统测试恒定消光、太阳金属度、封闭箱富集及冷气体吸积等约束条件，评估模型敏感性。
• 对比不同SSP模型集和假设下的结果，量化系统性不确定度。
• 利用覆盖0.6–1.7 μm波段、共40个窄波段的多波段测光数据，提升SED分辨率并打破参数退化。

实验结果

研究问题

• RQ1 宁静星系的质量加权金属度在红移z ~ 1以内如何随恒星质量和红移演化？
• RQ2 宁静星系中尘埃消光对恒星质量和红移的依赖关系如何？其变化是否与SSP模型选择有关？
• RQ3 不同的恒星形成历史假设和模型约束在多大程度上影响推导出的星族物理量？
• RQ4 模型选择带来的系统性不确定度与金属度和消光测定的统计误差相比如何？
• RQ5 为调和观测到的星系数密度、金属度PDF宽度和消光随质量和红移的变化趋势，需要哪些演化情景？

主要发现

• 无论采用何种SSP模型，低恒星质量星系的质量加权金属度均系统性降低0.1–0.2 dex。
• 质量加权金属度PDF的宽度随恒星质量减小而增大，且在高红移时更宽，表明低质量星系和早期宇宙中金属度的多样性更高。
• 尘埃消光值普遍较低，中位数A_V在0.15至0.3之间，且在所有质量与红移区间内，EMILES模型的A_V ~ 0.2。
• 对于BC03模型，消光随恒星质量增加而上升，随红移增加而下降；而EMILES模型则在所有质量与红移区间内保持A_V ~ 0.2的均匀值。
• 消光PDF的宽度也随红移增加而增大，表明早期宇宙中尘埃含量的离散性更高。
• 模型假设带来的系统性效应可能超过统计误差，但不改变主要结论，特别是需要通过并合与“霜冻”（残余恒星形成）等多条演化路径共同作用才能解释观测数据。