[论文解读] The VIMOS Public Extragalactic Redshift Survey (VIPERS): Downsizing of the blue cloud and the influence of galaxy size on mass quenching over the last eight billion years

C. P. Haines, A. Iovino+38 more|Nov 21, 2016

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 136被引用 27

一句话总结

本研究利用VIPERS红移巡天与SDSS-DR7数据，分析过去八十亿年来恒星形成与星系结构的演化。研究揭示了蓝云区域的下垂现象，其高质质量极限从z≈0.9时的10^11.2 M☉退缩至现今的10^10.7 M☉，这一过程由星系大小和质量-大小比（M/re）决定的熄灭机制驱动，其中更大星系在通过核心增长与结构演化转变为S0型形态前，能将恒星形成维持在更高质量水平。

ABSTRACT

We use the full VIPERS redshift survey in combination with SDSS-DR7 to explore the relationships between star-formation history (using d4000), stellar mass and galaxy structure, and how these relationships have evolved since z~1. We trace the extents and evolutions of both the blue cloud and red sequence, by fitting double Gaussians to the d4000 distribution of galaxies in narrow stellar mass bins, for four redshift intervals over 010^11 M_sun, d4000<1.55) drops sharply by a factor five between z~0.8 and z~0.5. These galaxies are becoming quiescent at a rate that largely matches the increase in the numbers of massive passive galaxies seen over this period. We examine the size-mass relation of blue cloud galaxies, finding that its high-mass boundary runs along lines of constant M*/r_e or equivalently inferred velocity dispersion. Larger galaxies can continue to form stars to higher stellar masses than smaller galaxies. As blue cloud galaxies approach this high-mass limit, they start to be quenched, their d4000 values increasing to push them towards the green valley. In parallel, their structures change, showing higher Sersic indices and central stellar mass densities. For these galaxies, bulge growth is necessary for them to reach the high-mass limit of the blue cloud and be quenched by internal mechanisms. The blue cloud galaxies that are being quenched at z~0.8 lie along the same size-mass relation as present day quiescent galaxies, and seem the likely progenitors of today's S0s.

研究动机与目标

• 理解过去八亿年中恒星形成与星系结构的演化机制。
• 探究星系大小与质量-大小比（M/re）在调控恒星形成熄灭过程中的作用。
• 确定z≈0.8时的高质星系是否为现今S0星系的前身。
• 量化蓝云高质质量极限的演化及其与结构变化的关联。
• 考察星系通过绿谷向熄灭状态转变的内部机制。

提出的方法

• 作者在四个红移区间（0 < z < 1）内，对窄质量区间内的d4000指数分布进行分析，以识别蓝云与红序列星系群体。
• 对d4000分布应用双高斯拟合，精确确定各红移下蓝云的上缘质量极限。
• 分析蓝云星系的大小-质量关系，重点关注M/re比与推断的速度弥散度（σ_inf）。
• 测量结构参数如Sérsic指数与中心恒星质量面密度（Σ1），以追踪熄灭过程中的形态演化。
• 结合VIPERS数据（0.5 ≤ z < 1.0）与SDSS-DR7数据（z ≈ 0），对比宇宙时空中熄灭趋势的演变。
• 追踪大质量蓝云星系（M > 10^11 M☉，d4000 < 1.55）的星系数密度，以量化熄灭速率。

实验结果

研究问题

• RQ1 从z≈0.9至今，蓝云的高质质量极限如何演化？
• RQ2 星系大小（re）与M/re比在决定恒星形成星系熄灭起始时间中起何种作用？
• RQ3 z≈0.8时的大质量恒星形成星系是否与本地熄灭星系遵循相同的大小-质量关系？
• RQ4 当星系接近蓝云上缘质量极限时，其结构特性（Sérsic指数、中心质量密度）如何变化？
• RQ5 熄灭在多大程度上由与核心增长相关的内部过程驱动，而非外部事件？

主要发现

• 蓝云的高质质量极限从z≈0.9时的M ≈ 10^11.2 M☉退缩至z≈0时的M ≈ 10^10.7 M☉，表明恒星形成存在下垂现象。
• 在z≈0.8至z≈0.5之间，大质量蓝云星系（M > 10^11 M☉，d4000 < 1.55）的共动数密度下降了4至5倍，与大质量熄灭星系的增加趋势一致。
• 具有相同d4000值的星系在大小-质量平面中沿恒定M/re或σ_inf线排列，表明大小在固定质量下调节恒星形成历史。
• 蓝云的上缘位于恒定M/re线上，接近该极限的星系表现出d4000值上升及向早型星系形态的结构变化。
• 在z≈0.8时熄灭的星系表现出Sérsic指数η ≥ 2.5与中心恒星质量面密度Σ1 ≥ 10^9.0 M☉ kpc⁻²，具有早型星系的典型特征。
• z≈0.8时的大质量恒星形成星系与本地熄灭星系位于相同的大小-质量关系上，表明它们是现今S0星系的直接前身。