[论文解读] The VIMOS VLT Deep Survey. The Assembly History of the Stellar Mass in Galaxies: from the Young to the Old Universe

L. Pozzetti, M. Bolzonella+48 more|ArXiv.org|Apr 12, 2007

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 90被引用 156

一句话总结

本文利用VIMOS VLT深空 Survey（VVDS）结合光学与近红外数据，采用两种恒星质量估算方法，对红移z=2.5以内的星系恒星质量函数（GSMF）进行了全面分析。研究发现，大质量星系在z>1时即已早期形成，且在z≈0.7以下演化微弱；而小质量系统则经历了显著演化，表明星系形成历史具有质量依赖性，对基于并合的主流模型构成挑战。

ABSTRACT

We present a detailed analysis of the Galaxy Stellar Mass Function of galaxies up to z=2.5 as obtained from the VVDS. We estimate the stellar mass from broad-band photometry using 2 different assumptions on the galaxy star formation history and show that the addition of secondary bursts to a continuous star formation history produces systematically higher (up to 40%) stellar masses. At low redshift (z=0.2) we find a substantial population of low-mass galaxies (<10^9 Msun) composed by faint blue galaxies (M_I-M_K=0.3). In general the stellar mass function evolves slowly up to z=0.9 and more significantly above this redshift. Conversely, a massive tail is present up to z=2.5 and have extremely red colours (M_I-M_K=0.7-0.8). We find a decline with redshift of the overall number density of galaxies for all masses (59+-5% for M>10^8 Msun at z=1), and a mild mass-dependent average evolution (`mass-downsizing'). In particular our data are consistent with mild/negligible (<30%) evolution up to z=0.7 for massive galaxies (>6x10^10 Msun). For less massive systems the no-evolution scenario is excluded. A large fraction (>=50%) of massive galaxies have been already assembled and converted most of their gas into stars at z=1, ruling out the `dry mergers' as the major mechanism of their assembly history below z=1. This fraction decreases to 33% at z=2. Low-mass systems have decreased continuously in number and mass density (by a factor up to 4) from the present age to z=2, consistently with a prolonged mass assembly also at z<1.

研究动机与目标

• 理解宇宙时空中星系恒星质量的宇宙组装历史。
• 测量从z≈0.2到z≈2.5的星系恒星质量函数（GSMF）演化。
• 评估恒星形成历史假设对光度法恒星质量估算的影响。
• 检验星系质量聚集是否由并合驱动或由长期恒星形成主导。
• 将观测到的GSMF演化与星系形成理论模型进行比较。

提出的方法

• 使用来自VIMOS VLT深空 Survey（VVDS）的约6,500个星系（I波段选源，17.5 < I_AB < 24），覆盖1,750平方角秒的光谱样本。
• 结合一个光度K波段选源的样本（约10,200个星系，K_AB < 22.34–22.84），覆盖610平方角秒，其红移通过光谱样本校准。
• 应用两种恒星质量估算方法：一种假设连续恒星形成，另一种包含二次恒星爆发，以评估系统偏差。
• 使用非参数与参数化拟合技术推导GSMF、星系数密度及恒星质量密度演化。
• 以红移的幂律形式建模GSMF演化，对不同质量阈值拟合(1+z)^β中的β参数。
• 将结果与理论模型（包括De Lucia et al. (2006) 的模型）比较，评估其与观测到的质量组装历史的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 星系的恒星质量在宇宙时空中何时以及如何组装？
• RQ2 恒星质量函数如何随红移演化，且这种演化是否具有质量依赖性？
• RQ3 二次恒星爆发在多大程度上影响光度法恒星质量估算？
• RQ4 观测到的演化是否与干并合驱动的质量组装一致，或更符合长期恒星形成？
• RQ5 观测到的GSMF与质量密度趋势与当前星系形成模型的预测相比如何？

主要发现

• 在z≈0.2到z=1之间，M_stars > 10^8 M_sun的星系数量密度下降了59±5%，表现出微弱的质量依赖性演化（‘质量下移’）。
• 大质量星系（M_stars > 6×10^10 M_sun）在z≈0.7以下的演化可忽略（≤30%），表明其在z≈1时已基本形成。
• 在z≈1时，≥50%的大质量星系已聚集了大部分恒星质量，排除了在z≈1以下干并合为质量组装主导机制的可能性。
• 小质量系统（M_stars < 10^9 M_sun）的数量密度从z≈0.2到z=2下降了4.1±0.9倍，表明其质量聚集过程持续时间长。
• 在z≈1时，恒星质量密度下降了2.3±0.1倍，在z≈2.5时下降了4.5±0.3倍，表明其演化速度相对缓慢，与早期巡天相比。
• GSMF的小质量端在高红移下仍保持平坦，这一特征未被大多数理论模型再现，这些模型往往高估小质量星系数。