[论文解读] The zCOSMOS redshift survey : Influence of luminosity, mass and environment on the galaxy merger rate

L. de Ravel, P. Kampczyk+57 more|arXiv (Cornell University)|Apr 28, 2011

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 6被引用 15

一句话总结

本研究利用zCOSMOS红移巡天测量星系并合率如何随光度、恒星质量及局域环境变化。通过使用光谱确认的投影分离距离 ≤100 h⁻¹ kpc 的星系对，发现并合率在低质量/暗淡星系中更高，且在致密环境中显著增强，当局域密度增加10倍时，并合率也增加10倍，且该关系在红移 z ≈ 1 以内与红移无关。

ABSTRACT

The contribution of major mergers to galaxy mass assembly along cosmic time is an important ingredient to the galaxy evolution scenario. We aim to measure the evolution of the merger rate for both luminosity/mass selected galaxy samples and investigate its dependence with the local environment. We use a sample of 10644 spectroscopically observed galaxies from the zCOSMOS redshift survey to identify pairs of galaxies destined to merge, using only pairs for which the velocity difference and projected separation of both components with a confirmed spectroscopic redshift indicate a high probability of merging. We have identified 263 spectroscopically confirmed pairs with r_p^{max} = 100 h^{-1} kpc. We find that the density of mergers depends on luminosity/mass, being higher for fainter/less massive galaxies, while the number of mergers a galaxy will experience does not depends significantly on its intrinsic luminosity but rather on its stellar mass. We find that the pair fraction and merger rate increase with local galaxy density, a property observed up to redshift z=1. We find that the dependence of the merger rate on the luminosity or mass of galaxies is already present up to redshifts z=1, and that the evolution of the volumetric merger rate of bright (massive) galaxies is relatively flat with redshift with a mean value of 3*10^{-4} (8*10^{-5} respectively) mergers h^3 Mpc^{-3} Gyr^{-1}. The dependence of the merger rate with environment indicates that dense environments favors major merger events as can be expected from the hierarchical scenario. The environment therefore has a direct impact in shapping-up the mass function and its evolution therefore plays an important role on the mass growth of galaxies along cosmic time.

研究动机与目标

• 利用大规模、光谱确认的样本测量宇宙时空中星系并合率的演化。
• 研究并合率如何依赖于星系光度、恒星质量及局域环境密度。
• 检验分层星系形成模型是否与不同质量与密度区域观测到的并合率一致。
• 确定环境是否在驱动主要并合中起显著作用，且该作用是否与红移无关。

提出的方法

• 利用来自zCOSMOS大型计划（VLT/ESO）的10,644个具有光谱红移的星系样本。
• 通过投影分离距离（rp ≤ 100 h⁻¹ kpc）和速度差标准识别物理束缚的并合对。
• 计算作为红移、光度（MB ≤ -19.64）和恒星质量（log(M/M☉) ≥ 9.5 或 ≥11）函数的体积并合率。
• 通过固定孔径内邻近星系的局域数密度估算局域环境（δ）。
• 使用幂律模型拟合并合率随红移的演化：N_mg(z) = N_mg(0) × (1+z)^m_mg。
• 通过参数化 N_mg(δ) = a × log(1+δ) + b 表征并合率对环境的依赖性，其中 a 和 b 由数据推导得出。

实验结果

研究问题

• RQ1 对于不同光度和恒星质量的星系，并合率的体积演化如何随红移变化？
• RQ2 局域环境是否显著影响并合率，且这种依赖性是否随宇宙时间变化？
• RQ3 单位星系的并合次数是否更依赖于其本征光度，还是更强烈地依赖于其恒星质量？
• RQ4 环境在多大程度上塑造了星系在宇宙时空中质量的积累？

主要发现

• 对于大质量星系（log(M/M☉) ≥ 9.5），从 z=0 到 z=1 的平均体积并合率为 ~3 × 10⁻⁴ h³ Mpc⁻³ Gyr⁻¹，演化平坦（m_mg = 0.73 ± 1.80）。
• 暗淡星系（MB ≤ -19.64）的并合率演化为 (2.04 ± 0.83) × (1+z)^(0.97±0.82) × 10⁻⁴ h³ Mpc⁻³ Gyr⁻¹，表明其红移依赖性更强。
• 当归一化到基础星系群体时，明亮与暗淡星系的单位星系并合次数相近，但在 z ≈ 1 时，低质量星系的并合活动比大质量星系多2–3倍。
• 当局域密度增加10倍时，并合率增加10倍，参数化为 N_mg(δ) = (1.61 ± 0.13) × 10⁻⁴ × log(1+δ) + (0.41 ± 0.05) × 10⁻⁴。
• 这种环境依赖性在 z ≈ 1 以内几乎与红移无关，表明致密区域始终更有利于主要并合。
• 自 z=1 以来，恒星质量 log(M/M☉) ≥ 9.5（≥11）的星系中，约20%（9.7%）的星族质量是通过主要并合吸积的，凸显了环境在质量积累中的作用。