[论文解读] The VIMOS VLT Deep Survey - Evolution of the luminosity functions by galaxy type up to z=1.5 from first epoch data

E. Zucca, O. Ilbert+48 more|ArXiv.org|Jun 16, 2005

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 55被引用 79

一句话总结

本研究基于VIMOS VLT深空 Survey（VVDS）的纯星等选源、光谱观测样本，首次对星系类型进行的光度函数演化进行了全面分析，覆盖红移至z=1.5。结果表明，晚期型（不规则）星系主导了观测到的演化，表现为M*显著亮化及暗端斜率变陡；而早型星系则呈现被动演化，光度函数形态变化极小。

ABSTRACT

From the first epoch observations of the VVDS up to z=1.5 we have derived luminosity functions (LF) of different spectral type galaxies. The VVDS data, covering ~70% of the life of the Universe, allow for the first time to study from the same sample and with good statistical accuracy the evolution of the LFs by galaxy type in several rest frame bands from a purely magnitude selected sample. The magnitude limit of the VVDS allows the determination of the faint end slope of the LF with unprecedented accuracy. Galaxies have been classified in four spectral classes, using their colours and redshift, and LFs have been derived in the U, B, V, R and I rest frame bands from z=0.05 to z=1.5. We find a significant steepening of the LF going from early to late types. The M* parameter is significantly fainter for late type galaxies and this difference increases in the redder bands. Within each of the galaxy spectral types we find a brightening of M* with increasing redshift, ranging from =< 0.5 mag for early type galaxies to ~1 mag for the latest type galaxies, while the slope of the LF of each spectral type is consistent with being constant with redshift. The LF of early type galaxies is consistent with passive evolution up to z~1.1, while the number of bright early type galaxies has decreased by ~40% from z~0.3 to z~1.1. We also find a strong evolution in the normalization of the LF of latest type galaxies, with an increase of more than a factor 2 from z~0.3 to z~1.3: the density of bright late type galaxies in the same redshift range increases of a factor ~6.6. These results indicate a strong type-dependent evolution and identifies the latest spectral types as responsible for most of the evolution of the UV-optical luminosity function out to z=1.5.

研究动机与目标

• 利用单一深空、光谱观测调查，测量从z=0.05至z=1.5的星系光度函数随光谱类型的变化。
• 确定Schechter函数参数（M*、α、φ*）随红移和星系类型的变化。
• 识别哪类星系主导了全球紫外-光学光度函数的观测演化。
• 评估消隐演化与恒星形成在塑造宇宙时空中光度函数中的作用。
• 通过采用较暗的星等极限（I_AB=24）和光谱红移，改进光度函数暗端斜率的约束。

提出的方法

• 利用VVDS第一阶段数据，星等极限为I_AB ≤ 24，获得7,713个星系的纯星等选源光谱样本。
• 基于星系的退射参考U-B和B-I颜色及红移，将星系划分为四类光谱类型（1：早型，2：S0型，3：S型，4：不规则星系）。
• 在红移区间z=0.05至z=1.5内，对每类星系在退射参考U、B、V、R和I波段分别推导光度函数。
• 采用Schechter函数拟合光度函数：Φ(M)dM = Φ* (10^(0.4(M*-M))) exp(-10^(0.4(M*-M))) dM。
• 与测光红移调查（如COMBO-17）及先前研究（如2dFGRS、SDSS）进行比较，以验证结果。
• 利用光谱红移以减少分类混淆，并确保对稀有明亮星系群体的准确采样。

实验结果

研究问题

• RQ1 不同星系光谱类型在不同红移下的光度函数如何演化？
• RQ2 在z=1.5以内，早型星系与晚型星系在主导全球光度函数演化中各自发挥何种作用？
• RQ3 Schechter函数参数（M*、α、φ*）如何随红移和星系类型变化？
• RQ4 观测到的光度函数演化在多大程度上反映消隐演化或持续的恒星形成？
• RQ5 各类星系中，暗端与明亮星系对高红移时紫外-光学总光度密度的贡献如何？

主要发现

• 光度函数的暗端斜率α从早型（类型1）到晚型（类型4）星系显著变陡，所有退射参考波段中Δα ≈ 1.3–1.5。
• 晚期型星系的特征星等M*显著更暗，与早型星系相比，I波段差异达1.4等。
• 对于最晚型（类型4）星系，M*从z≈0.3至z≈1.3亮化约1 mag，而斜率α随红移保持恒定。
• 类型4星系的光度函数归一化φ*从z≈0.3至z≈1.3增加超过2倍。
• 从z≈0.3至z≈1.3，明亮（M_B_AB < -20）晚期型星系的数密度增加约6.6倍，表明星形成星系存在强烈演化。
• 早型星系仅表现出微弱演化：M*亮化不超过0.5 mag，且从z≈0.3至z≈1.1，明亮早型星系的数密度下降约40%，与被动演化一致。