[论文解读] The Wavelength Dependence of High-Redshift Galaxy Structure in the Rest-Frame Ultraviolet

Nicholas A. Bond, Jonathan P. Gardner+9 more|arXiv (Cornell University)|Mar 28, 2014

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 5

一句话总结

本研究利用哈勃空间望远镜WFC3/UVIS成像，分析了198个红移0.5 < z < 1.5的星系形成星系在rest-frame紫外波段的结构特性。研究发现，从1500 Å到3000 Å，半光半径（r₅₀）减少了约5%，集中度下降约0.07，表明在z ~ 1时，由于盘状星系中存在更老、更尘埃遮蔽的星系核球，紫外波段的内部光度分布更平坦；在更高红移处，波长依赖性较弱，表明在z ~ 2时星系核球更年轻、尘埃更少。

ABSTRACT

We present the rest-frame UV wavelength dependence of the Petrosian-like half-light radius ($r_{50}$), and the concentration parameter for a sample of 198 star-forming galaxies at 0.5 &lt; z &lt; 1.5. We find a ~5% decrease in $r_{50}$ from 1500 Å to 3000 Å, with half-light radii at 3000 Å ranging from 0.6 kpc to 6 kpc. We also find a decrease in concentration of ~0.07 (1.9 &lt; $C_{3000}$ &lt; 3.9). The lack of a strong relationship between $r_{50}$ and wavelength is consistent with a model in which clumpy star formation is distributed over length scales comparable to the galaxy's rest-frame optical light. While the wavelength dependence of $r_{50}$ is independent of size at all redshifts, concentration decreases more sharply in the far-UV (~1500 Å) for large galaxies at z ~ 1. This decrease in concentration is caused by a flattening of the inner ~20% of the light profile in disk-like galaxies, indicating that the central regions have different UV colors than the rest of the galaxy. We interpret this as a bulge component with older stellar populations and/or more dust. The size-dependent decrease in concentration is less dramatic at z ~ 2, suggesting that bulges are less dusty, younger, and/or less massive than the rest of the galaxy at higher redshifts.

研究动机与目标

• 研究高红移星系在rest-frame紫外波段的星系结构参数的波长依赖性。
• 确定半光半径（r₅₀）和集中度如何随1500 Å至3000 Å之间的rest-frame波长变化。
• 评估紫外波段结构变化是由恒星种群梯度、尘埃还是结构组分（如核球）引起。
• 将z ~ 1处的结构演化与更高红移（z ~ 2）进行比较，以推断核球的形成与演化。
• 通过多波段紫外结构分析，检验具有中心组分的碎块状盘状星系的模型。

提出的方法

• 使用哈勃望远镜WFC3/UVIS在F225W、F275W和F336W滤光片下获取红移0.5 < z < 1.5星系的rest-frame紫外数据。
• 在rest-frame 1500 Å、3000 Å和7000 Å处测量类似Petrosian的半光半径（r₅₀）和集中度参数。
• 对来自UVUDF和HUDF12巡天的198个星系形成星系进行测光和形态学分析。
• 通过比较不同紫外波长下的结构参数，检测光度分布形状的波长依赖性变化。
• 使用AB星等和标准宇宙学参数（H₀ = 71 km s⁻¹ Mpc⁻¹，Ωₘ = 0.27，ΩΛ = 0.73）实现一致的物理尺度缩放。
• 分析星系内部20%区域的光度分布扁平化程度，以推断核球贡献和尘埃效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 高红移星系形成星系的半光半径（r₅₀）在1500 Å至3000 Å之间的rest-frame紫外波长范围内如何变化？
• RQ2 集中度在相同紫外波长范围内如何变化，这对其内部光度分布意味着什么？
• RQ3 观测到的集中度波长依赖性是由尘埃、恒星种群梯度还是结构组分（如核球）引起的？
• RQ4 z ~ 1与z ~ 2星系的结构参数波长依赖性有何不同？
• RQ5 在z ~ 1时，具有碎块状、盘状结构的星系在多大程度上表现出具有更老或更尘埃遮蔽种群的中心组分？

主要发现

• 从1500 Å到3000 Å，半光半径（r₅₀）减少了约5%，在3000 Å处，r₅₀在样本中范围为0.6 kpc至6 kpc。
• 在相同波长范围内，集中度下降约0.07，3000 Å处的值范围为1.9至3.9。
• r₅₀的波长依赖性与星系大小无关，表明结构变化并非由尺寸驱动，而更可能源于光度分布的内在演化。
• 在较短波长（1500 Å）处集中度的下降是由于光度分布内部20%区域的扁平化，表明存在具有更老恒星种群和/或更多尘埃的中心组分。
• 在z ~ 2时，集中度的尺寸依赖性下降程度小于在z ~ 1时，表明高红移处的核球更年轻、尘埃更少和/或质量更小。
• r₅₀的波长依赖性不显著，支持碎块状恒星形成发生在与星系光学光分布尺度相当的模型。