[论文解读] The VIMOS-VLT Deep Survey: Evolution of the galaxy luminosity function up to z=2 in first epoch data

O. Ilbert, L. Tresse+45 more|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|Sep 6, 2004

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 35被引用 182

一句话总结

本论文利用VIMOS-VLT深空 Survey（VVDS）数据，首次系统测量了从z=0.05到z=2的星系光度函数（LF），基于11,034个光谱红移数据，应用光度函数算法（ALF），揭示了LF的显著演化：在rest-frame U至I波段，特征星等M∗亮度提升了1.0–2.5等，且暗端斜率Δα ≈ -0.3从z=0.05到z=1，表明星系形成与并合过程存在显著演化。

ABSTRACT

We investigate the evolution of the galaxy luminosity function from the VIMOS-VLT Deep Survey (VVDS) from the present to z=2 in five (U, B, V, R and I) rest-frame band-passes. We use the first epoch VVDS deep sample of 11,034 spectra selected at 17.5 <= I_{AB} <= 24.0, on which we apply the Algorithm for Luminosity Function (ALF), described in this paper. We observe a substantial evolution with redshift of the global luminosity functions in all bands. From z=0.05 to z=2, we measure a brightening of the characteristic magnitude M* included in the magnitude range 1.8-2.5, 1.7-2.4, 1.2-1.9, 1.1-1.8 and 1.0-1.6 in the U, B, V, R and I rest-frame bands, respectively. We confirm this differential evolution of the luminosity function with rest-frame wavelength, from the measurement of the comoving density of bright galaxies (M < M*(z=0.1)). This density increases by a factor of around 2.6, 2.2, 1.8, 1.5, 1.5 between z=0.05 and z=1 in the U, B, V, R, I bands, respectively. We also measure a possible steepening of the faint-end slope of the luminosity functions, with Δα~ -0.3 between z=0.05 and z=1, similar in all bands.

研究动机与目标

• 测量从z=0.05到z=2在多个rest-frame波段中星系光度函数（LF）的演化。
• 通过分析波长依赖的LF演化，探究恒星形成与并合过程如何塑造星系光度演化。
• 确定LF的暗端斜率是否随红移演化，以揭示低质量星系形成的变化。
• 利用大样本、光谱红移完全的星系样本，提供对LF演化的稳健约束，避免光谱红移带来的偏差。
• 利用VVDS第一epoch数据建立局部LF的高红移基准。

提出的方法

• 本研究采用VIMOS-VLT深空 Survey（VVDS）第一epoch数据，选取IAB星等范围为17.5 ≤ IAB ≤ 24.0的11,034个光谱红移样本。
• 应用光度函数算法（ALF）计算五个rest-frame波段（U、B、V、R、I）中LF的Schechter函数参数（M∗、α、φ∗）。
• 采用1/Vmax方法估算每个红移与星等区间内星系的共动数密度。
• LF模型采用Schechter函数：Φ(M) dM = Φ∗ (10^(0.4(M∗−M))) exp(−10^(0.4(M∗−M))) dM，其中M∗为特征星等。
• 通过C+与SWML方法测量暗端斜率α，以交叉验证结果。
• 分析中考虑了选择效应，并通过似然轮廓（2Δlnℒ = 1）进行误差估计。

实验结果

研究问题

• RQ1 从z=0.05到z=2，星系光度函数的特征星等M∗在rest-frame U至I波段如何演化？
• RQ2 光度函数的暗端斜率α是否随红移演化？若演化，程度如何？
• RQ3 在不同rest-frame波段中，从z=0.05到z=1，亮星系（M ≤ M∗(z=0.1)）的共动数密度如何变化？
• RQ4 LF演化是否具有波长依赖性，反映恒星形成（蓝端波段）与结构增长（红端波段）的差异贡献？
• RQ5 基于光谱红移的LF参数与基于光谱红移的参数在多大程度上存在差异？

主要发现

• 在U波段，从z=0.05到z=2，特征星等M∗亮度提升了1.8–2.5等；在I波段，亮度提升1.0–1.6等。
• 在U波段，从z=0.05到z=1，亮星系（M ≤ M∗(z=0.1)）的共动密度增加了2.6倍；在I波段，增加了1.5倍。
• 从z=0.05到z=1，光度函数的暗端斜率α陡化Δα ≈ -0.3，且在全部五个rest-frame波段中保持一致。
• M∗的演化在蓝端波段（U、B）最强，表明在短波长处恒星形成驱动的光度增长演化更显著。
• LF演化与恒星形成活动增强及并合活动增加一致，且最显著的变化发生在z < 1。
• ALF方法成功恢复了LF参数并提供了稳健的误差估计，验证了其在深空光谱巡天中的适用性。