[论文解读] The COSMOS2015 galaxy stellar mass function: 13 billion years of stellar mass assembly in 10 snapshots

I. Davidzon, O. Ilbert+22 more|arXiv (Cornell University)|Jan 10, 2017

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 228被引用 114

一句话总结

本研究利用 COSMOS2015 目录，在 COSMOS 场域中从 z ~ 0.1 至 6 推导星系恒星质量函数以及恒星质量密度，使用更新的光变测量和 z > 2.5 的 SED 拟合，并与 ΛCDM 模拟中的晕质量函数进行比较。

ABSTRACT

We measure the stellar mass function (SMF) of galaxies in the COSMOS field up to $z\sim6$. We select them in the near-IR bands of the COSMOS2015 catalogue, which includes ultra-deep photometry from UltraVISTA-DR2, SPLASH, and Subaru/Hyper-SuprimeCam. At $z>2.5$ we use new precise photometric redshifts with error $σ_z=0.03(1+z)$ and an outlier fraction of $12\%$, estimated by means of the unique spectroscopic sample of COSMOS. The increased exposure time in the DR2, along with our panchromatic detection strategy, allow us to improve the stellar mass completeness at high $z$ with respect to previous UltraVISTA catalogues. We also identify passive galaxies through a robust colour-colour selection, extending their SMF estimate up to $z=4$. Our work provides a comprehensive view of galaxy stellar mass assembly between $z=0.1$ and 6, for the first time using consistent estimates across the entire redshift range. We fit these measurements with a Schechter function, correcting for Eddington bias. We compare the SMF fit with the halo mass function predicted from $Λ$CDM simulations. We find that at $z>3$ both functions decline with a similar slope in the high-mass end. This feature could be explained assuming that the mechanisms that quench star formation in massive haloes become less effective at high redshift; however further work needs to be done to confirm this scenario. Concerning the SMF low-mass end, it shows a progressive steepening as moving towards higher redshifts, with $α$ decreasing from $-1.47_{-0.02}^{+0.02}$ at $z\simeq0.1$ to $-2.11_{-0.13}^{+0.30}$ at $z\simeq5$. This slope depends on the characterisation of the observational uncertainties, which is crucial to properly remove the Eddington bias. We show that there is currently no consensus on the method to quantify such errors: different error models result in different best-fit Schechter parameters. [Abridged]

研究动机与目标

• 在 COSMOS 场域提供一个连贯且质量完整的星系恒星质量函数（SMF）测量，覆盖从 z ~ 0.1 至 6。
• 利用 COSMOS2015 目录和更新的 SED 拟合来提高高红移的完整性与恒星质量估计。
• 识别被动与活动星系群体，并追踪它们在宇宙时间中的质量积累。
• 评估观测到的 SMF 的演化，并与 ΛCDM 暗团质量函数进行比较，以解释抑制和质量增长机制。

提出的方法

• 使用含 UltraVISTA-DR2、SPLASH 与 Subaru/Hyper Suprime-Cam 的 COSMOS2015 目录的光度测量。
• 对 z > 2.5 重新计算光变红移，使用扩展的模板库和针对 3 < z < 6 调整的更新 SED 拟合。
• 在 SED 模板中加入星云发射线，以提高 z_phot 和质量估计。
• 应用通量受限的样本选择，条件为 [3.6] < [3.6]_lim，以确保可达到 z ~ 6 的完整性，并通过 CANDELS 数据交叉校验来评估完整性。
• 使用多标准诊断将恒星与星系区分开，并去除以 AGN 为主导的源，以避免质量偏倚。

实验结果

研究问题

• RQ1 COSMOS 场域中从 z ~ 0.1 到 6 的星系恒星质量函数（SMF）的形状和演化是什么？
• RQ2 在使用一致方法时，高红移（z > 2.5）SMF 与低红移测量相比如何？
• RQ3 在跨越宇宙时间的 SMF 形成中，被动星系与恒星形成星系的作用是什么？
• RQ4 观测到的 SMF 的斜率和归一化与 ΛCDM 预测的暗团质量函数相比如何，这对高红移时的抑制效率意味着什么？
• RQ5 光变红移不确定性与 Eddington 偏差对 SMF 的 Schechter 拟合有何系统性影响？

主要发现

• 由于更深的 DR2 数据和全波段探测策略，SMF 被测量到 z ~ 6，在高-z 上的完整性得到提升。
• 高-z SMF 显示低质量端斜率 α 变得更陡，从 z ~ 0.1 时的 ~ -1.47 演变到 z ~ 5 时的 ~ -2.11，取决于误差建模。
• 被动星系群体被识别，其 SMF 扩展到 z = 4。
• 在 z > 3 时，SMF 高质量端斜率与暗团质量函数的下降趋势相似，表明在高红移时抑制机制可能不那么有效。
• 在 SED 模板中加入星云发射线，提高高-z 星系的红移和质量估计。
• 通过 CANDELS 数据仔细评估完整性与选择效应（如 [3.6]-带限制），以确保高-z 测量的稳健性。