[论文解读] The VIMOS-VLT Deep Survey: Luminosity dependence of clustering at z~1

A. Pollo, L. Guzzo+3 more|CERN Bulletin|Dec 16, 2005

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 40

一句话总结

本研究利用VIMOS-VLT深空 Survey（VVDS）分析了红移 z~1 时星系聚类的光度依赖性，通过体积受限样本测量了投影两点相关函数 $w_p(r_p)$。研究发现，当星系绝对星等亮于 $M_B^*$ 时，聚类强度显著增强且相关函数斜率变陡，表明在 $z \approx 0.9$ 时，星系的偏置（bias）和晕天体占有（halo occupation）相较于低红移时发生了显著演化。

ABSTRACT

We investigate the dependence of galaxy clustering on the galaxy intrinsic luminosity at high redshift, using the data from the First Epoch VIMOS-VLT Deep Survey (VVDS). The size (6530 galaxies) and depth (I_{AB}<24) of the survey allows us to measure the projected two-point correlation function of galaxies, w_p(r_p) for a set of volume-limited samples up to an effective redshift =0.9 and median absolute magnitude -19.6< M_B < -21.3. Fitting w_p(r_p) with a single power-law model for the real-space correlation function xi(r)=(r/r_0)^{-gamma}, we measure the relationship of the correlation length r_0 and the slope gamma with the sample median luminosity for the first time at such high redshift. Values from our lower-redshift samples (0.1=-19.6) have a correlation length r_0=2.7^{+0.3}_{-0.3} h^{-1} Mpc, compared to r_0=5.0^{+1.5}_{-1.6} h^{-1} Mpc at =-21.3. Correspondingly the slope of the correlation function is observed to steepen significantly from γ=1.6^{+0.1}_{-0.1} to γ=2.4^{+0.4}_{-0.2}. This is not observed neither by large local surveys nor in our lower-redshift sample and seems to imply a significant change in the way luminous galaxies trace dark-matter halos at z~1 with respect to z~0. At our effective median redshift z~0.9 this corresponds to a strong difference of the relative bias, from b/b* < 0.7 for galaxies with L < L*, to b/b*~1.4 for galaxies with L > L*.

研究动机与目标

• 利用深度、体积受限样本测量高红移（z~1）时星系聚类对固有光度的依赖性。
• 检验本地（z~0）观测到的聚类光度依赖性是否在 z~1 时依然成立，以验证分层星系形成模型的预测。
• 系统研究聚类强度与相关函数形状是否随绝对星等变化，特别是围绕特征星等 $M_B^*$ 的区域。
• 通过量化高红移时光度依赖的偏置与相关长度演化，评估对晕天体占有分布（HOD）模型的启示。

提出的方法

• 从VVDS巡天构建体积受限样本，要求 $I_{AB} < 24$ 且 $0.5 < z < 1.2$，覆盖绝对星等 $-19.6 < M_B < -21.3$。
• 对每个光度区间测量投影两点相关函数 $w_p(r_p)$，范围为 $0.1 \leq r/h^{-1}\text{Mpc} \leq 10$。
• 采用单幂律模型 $\xi(r) = (r/r_0)^{-\gamma}$ 拟合 $w_p(r_p)$，以提取相关长度 $r_0$ 与斜率 $\gamma$。
• 将 $z \approx 0.9$ 时的 $r_0$ 与 $\gamma$ 的光度依赖性，与低红移样本（$0.1 < z < 0.5$）及本地巡天结果进行比较。
• 利用测得的 $r_0$ 与 $\gamma$ 推断相对于特征光度 $L^*$ 的相对偏置 $b/b^*$。
• 通过分析观测到的聚类趋势，特别是 $\gamma$ 在 $M_B^*$ 以上区域的陡化，评估与HOD模型的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 $z \approx 0.9$ 时，星系的聚类强度如何随其固有光度变化，特别是在 $M_B^*$ 附近？
• RQ2 高红移时，相关函数的斜率 $\gamma$ 是否随光度系统性变化？若然，其变化趋势与低红移样本相比有何异同？
• RQ3 在 $z \approx 0.9$ 时，是否存在明亮星系相对于暗淡星系显著偏置的证据？
• RQ4 在 $z \sim 1$ 时星系的聚类特性与本地巡天结果相比如何？这对星系形成模型有何启示？
• RQ5 观测到的聚类行为能否由标准HOD模型解释，还是需要引入如每晕多星系等修正？

主要发现

• 对于光度低于 $M_B^*$ 的星系（$\langle M_B \rangle = -19.6$），相关长度为 $r_0 = 2.7^{+0.3}_{-0.3}$ $h^{-1}$ Mpc，表明聚类较弱。
• 对于光度高于 $M_B^*$ 的星系（$\langle M_B \rangle = -21.3$），相关长度显著增加至 $r_0 = 5.0^{+1.5}_{-1.6}$ $h^{-1}$ Mpc，表明聚类强烈。
• 相关函数的斜率 $\gamma$ 从暗星系的 $\gamma = 1.6^{+0.1}_{-0.1}$ 显著陡化至亮星系的 $\gamma = 2.4^{+0.4}_{-0.2}$，此变化在本地或低红移样本中未被观测到。
• 相对偏置 $b/b^*$ 从 $L < L^*$ 时的 $< 0.7$ 增加至 $L > L^*$ 时的 $\simeq 1.4$，表明在 $z \approx 0.9$ 时，明亮星系是暗物质分布的显著更偏置的示踪者。
• 在 $z \approx 0.9$ 时观测到的聚类光度依赖性在 $M_B^*$ 处表现出明显的转折，提示高红移时明亮星系的晕天体占有或形成效率发生根本性变化。
• 这些结果与分层模型预测一致，但暗示在 $z \sim 1$ 时偏置与聚类强度的演化强于本地观测，挑战了标准HOD模型在大质量晕中的适用性，需对 $z \sim 1$ 时的模型进行修正。