[论文解读] The galaxy stellar mass function from CCSNe with improved photo-z techniques

Thomas M. Sedgwick, I. K. Baldry+2 more|Liverpool John Moores University|Sep 10, 2019

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用 4

一句话总结

本研究通过缩放流量匹配法改进了河内超新星（CCSN）宿主星系的光度红移（photo-z）估计，从而实现更精确的恒星质量测量，并对恒星质量函数（GSMF）施加更严格的约束。研究发现，星系形成在10⁶.² M⊙以下未出现截断，且数量密度呈幂律增长，表明不存在矮星系形成受质量依赖性抑制的证据。

ABSTRACT

In Sedgwick et al. (2019) we introduced and utilised a method to combat surface brightness and mass biases in galaxy sample selection, using core-collapse supernovae (CCSNe) as pointers towards their host galaxies, in order to: (i) search for low-surface brightness galaxies (LSBGs); (ii) assess the contributions of galaxies at a given mass to the star-formation-rate density (SFRD); and (iii) infer from this, using estimates of specific star-formation (SF) rate, the form of the SF-galaxy stellar mass function (GSMF). A CCSN-selection of SF-galaxies allows a probe of the form of the SFRD and GSMF deep into the dwarf galaxy mass regime. In the present work, we give improved constraints on our estimates of the SFRD and star-forming GSMF, in light of improved photometric redshift estimates required for estimates of galaxy stellar mass. The results are consistent with a power-law increase to SF-galaxy number density down to our low stellar mass limit of $\sim 10^{6.2}$ M$_{\odot}$. No deviation from the high-mass version of the surface brightness - mass relation is found in the dwarf mass regime. These findings imply no truncation to galaxy formation processes at least down to $\sim 10^{6.2}$ M$_{\odot}$.

研究动机与目标

• 通过将河内超新星（CCSNe）作为其宿主星系的示踪剂，减少星系样本选择中的表面亮度和质量偏差。
• 通过改进的光度红移（photo-z）技术，加强对恒星形成率密度（SFRD）和恒星形成星系恒星质量函数（GSMF）的约束。
• 通过分析矮星系区域的GSMF和表面亮度-质量关系，检验星系形成过程是否在低质量处被截断。
• 评估改进的光度红移方法对恒星质量估计的影响及其对低质量星系数量密度的启示。

提出的方法

• 采用缩放流量匹配（SFM）作为zMedIC的替代方法进行光度红移估计，使用SDSS ugriz测光数据和来自Stripe 82的光谱确认星系训练集。
• 定义卡方统计量，将目标星系的流量与参考样本中的流量进行匹配，最小化各测光波段的残差。
• 在卡方计算中纳入SExtractor提供的流量误差，并添加0.02–0.05的分数误差，以考虑测光不确定性。
• 基于卡方值和分箱权重使用可靠性权重，以提高光度红移精度并减少系统误差。
• 利用改进的光度红移估计值计算星系恒星质量，应用k校正和表面亮度衰减校正。
• 通过1000次迭代的蒙特卡洛模拟，将红移不确定性传播至恒星质量和表面亮度估计中。

实验结果

研究问题

• RQ1 恒星形成星系恒星质量函数（GSMF）在低质量处是否表现出拐点或截断，表明在某一质量尺度以下形成被抑制？
• RQ2 改进的光度红移技术如何影响低表面亮度系统中星系恒星质量估计的准确性？
• RQ3 在低质量区域，表面亮度-恒星质量关系是否出现拐点，表明星系形成或恒星形成过程发生相变？
• RQ4 CCSN选中的星系在多大程度上能完整涵盖恒星形成矮星系，特别是低于10⁶.² M⊙的星系？

主要发现

• 恒星形成GSMF在数量密度上持续呈现幂律增长，直至10⁶.² M⊙，未发现拐点或截断的证据。
• 通过缩放流量匹配法改进的光度红移估计，降低了恒星质量和SFRD的不确定性，从而对GSMF施加了更严格的约束。
• 在矮星系区域未观测到与大质量星系表面亮度-质量关系的偏离，支持星系形成过程的连续性。
• 表面亮度-质量关系在整个质量范围内呈线性，μ_abs,r,50 ≈ -1.35 log(M/10⁹ M⊙) + 22，表明星系演化过程中无相变。
• 本研究证实，基于CCSN的选星方法能有效探测GSMF的低质量端，识别出此前被遗漏的低表面亮度矮星系。
• 未来巡天如LSST预计每年将探测到约500个红移z < 0.2的CCSNe，其宿主星系质量log(M/M⊙) < 7.0，从而可更深入探索矮星系GSMF。