[论文解读] Study of star-forming galaxies in SDSS up to redshift 0.4 II. Evolution from the fundamental parameters: mass, metallicity & SFR

M. A. Lara-López, Á. Bongiovanni+6 more|arXiv (Cornell University)|Mar 29, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 141被引用 43

一句话总结

本研究利用S2N2诊断图（log(Hα/[S ii]) vs. log(Hα/[N ii]）对SDSS DR5中红移0.0–0.4范围内的星系进行分类，识别星暴星系、混合星系和AGN星系。结果表明，S2N2图能可靠地区分星系类型，并揭示出红移依赖的演化特征：在z ≈ 0.35时，星系金属量更低（较本地星系低约0.2 dex）、星形成速率（SFR）更高，且形态更偏晚期型，这一演化由金属量演化和形态依赖的星形成驱动。研究强调了星系形态在解释质量–金属量关系与SFR–金属量关系中的关键作用，尤其是在较高红移时。

ABSTRACT

To understand the formation and evolution of galaxies, it is important to have a full comprehension of the role played by the metallicity, star formation rate (SFR), morphology, and color. The interplay of these parameters at different redshifts will substantially affect the evolution of galaxies and, as a consequence, the evolution of them will provide important clues and constraints on the galaxy evolution models. In this work we focus on the evolution of the SFR, metallicity of the gas, and morphology of galaxies at low redshift in search of signs of evolution. We use the S2N2 diagnostic diagram as a tool to classify star--forming, composite, and AGN galaxies. We analyzed the evolution of the three principal BPT diagrams, estimating the SFR and specific SFR (SSFR) for our samples of galaxies, studying the luminosity and mass-metallicity relations, and analyzing the morphology of our sample of galaxies through the g-r color, concentration index, and SSFR. We found that the S2N2 is a reliable diagram to classify star--forming, composite, and AGNs galaxies. We demonstrate that the three principal BPT diagrams show an evolution toward higher values of [OIII]5007/Hb due to a metallicity decrement. We found an evolution in the mass-metallicity relation of ~ 0.2 dex for the redshift range 0.3 < z < 0.4 compared to our local one. From the analysis of the evolution of the SFR and SSFR as a function of the stellar mass and metallicity, we discovered a group of galaxies with higher SFR and SSFR at all redshift samples, whose morphology is consistent with those of late-type galaxies. Finally, the comparison of our local (0.04<z<0.1) with our higher redshift sample (0.3<z<0.4), show that the metallicity, the SFR and morphology, evolve toward lower values of metallicity, higher SFRs, and late--type morphologies for the redshift range 0.3<z<0.4

研究动机与目标

• 理解低红移星暴星系中星形成速率（SFR）、气体金属量和星系形态的演化特征。
• 评估S2N2诊断图（log(Hα/[S ii]) vs. log(Hα/[N ii]）在分类星暴星系、混合星系和AGN星系方面的可靠性。
• 追踪BPT诊断图在不同红移区间内的演化及其对金属量和电离条件的影响。
• 研究质量–金属量（M–Z）关系与光度–金属量（L–Z）关系的演化特征及其与红移的关系。
• 探究星系形态（晚期型 vs. 早期型）与SFR/SSFR演化之间的关联。

提出的方法

• 使用SDSS-DR5数据，红移区间为0.1，从z ≈ 0.0至z ≈ 0.4，确保星等完整。
• 应用STARLIGHT光谱合成代码推导恒星群体参数并校正尘埃消光。
• 基于发射线流量估算气体金属量，采用R23方法。
• 利用S2N2诊断图将星系分类为星暴星系、混合星系和AGN星系，并与Kewley等（2001）及Kauffmann等（2003）的标准进行比较。
• 分析三个主要BPT图（[N ii]/Hα、[S ii]/Hα、[O i]/Hα vs. [O iii]/Hβ）在不同红移区间内的演化。
• 利用g−r颜色、集中度指数（R90/R50）和比星形成速率（SSFR）推断星系形态并验证分类结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 与标准BPT图相比，S2N2诊断图（log(Hα/[S ii]) vs. log(Hα/[N ii]）在分类星暴星系、混合星系和AGN星系方面的有效性如何？
• RQ2 BPT图中[O iii]λ5007/Hβ比值的红移演化特征是什么？其与金属量演化的关联如何？
• RQ3 从z ≈ 0.0至z ≈ 0.4，质量–金属量（M–Z）关系如何演化？星系形态在这一演化中扮演何种角色？
• RQ4 在不同红移区间内，SFR、SSFR与金属量之间的关系如何？其与星系主序列的关系是什么？
• RQ5 形态指标（g−r颜色、集中度指数、SSFR）与高红移星系中SFR和金属量演化的相关性如何？

主要发现

• S2N2诊断图是分类星暴星系、混合星系和AGN星系的可靠且有效工具，在不同红移区间内均表现出一致的分离效果。
• 星系在BPT图中[O iii]λ5007/Hβ比值明显升高，这是由于金属量减少所致，表明高红移时金属量更低。
• 质量–金属量（M–Z）关系在z ≈ 0.35时比本地（z ≈ 0.05）样本低约0.2 dex，且在z > 0.1时M–Z关系的平坦高质质量端主要由晚期型星系主导。
• 在z ≈ 0.35时，星系的SFR和SSFR高于本地星系，且存在一个显著的晚期型星系群体，表现出更强的星形成活动。
• 在z ≈ 0.35时，星系形态以晚期型为主，表现为g−r < 0.6和log(SSFR) > 10，该特征与更高的SFR和更低的金属量密切相关。
• 晚期型星系主导了高红移时的高SFR尾部，证实SFR–金属量关系与SFR–质量关系存在形态依赖性，星系形态显著影响星系演化观测趋势。