[论文解读] Velocity Dispersions and Stellar Populations of the Most Compact and Massive Early-Type Galaxies at Redshift ~1

Martinez-Manso, Jesus, Guzman, Rafael+10 more|arXiv (Cornell University)|Jul 22, 2011

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 27

一句话总结

本研究利用OSIRIS光谱观测，测得四颗红移z ≈ 1的紧凑、大质量早期型星系的速度弥散度（σ = 156–236 km s⁻¹），发现其动力学质量约为BRIJK光度测光得到的恒星质量的1/6。作者表明，被动光度衰减与次要并合驱动的尺寸增长可合理解释这些星系演化为本地早期型星系的过程，从而调和了其高红移紧凑性与低红移大小-质量特性之间的矛盾。

ABSTRACT

We present Gran-Telescopio-Canarias/OSIRIS optical spectra of 4 of the most compact and massive early-type galaxies in the Groth Strip Survey at redshift z~1, with effective radii Reff=0.5-2.4 kpc and photometric stellar masses Mstar=1.2-4x10^11 Msun. We find these galaxies have velocity dispersions sigma=156-236 km/s. The spectra are well fitted by single stellar population models with approximately 1 Gyr of age and solar metallicity. We find that: i) the dynamical masses of these galaxies are systematically smaller by a factor of ~6 than the published stellar masses using BRIJK photometry; ii) when estimating stellar masses as 0.7xMdyn, a combination of passive luminosity fading with mass/size growth due to minor mergers can plausibly evolve our objects to match the properties of the local population of early-type galaxies.

研究动机与目标

• 测量红移z ≈ 1时最紧凑、最重的早期型星系（ETGs）的速度弥散度，以评估其动力学质量。
• 解决高红移紧凑ETGs中光度测光恒星质量与动力学质量之间的差异。
• 检验被动光度衰减与次要并合驱动的尺寸增长是否可解释这些紧凑星系演化为本地ETGs。

提出的方法

• 利用大加那利望远镜/OSIRIS对四颗红移z ≈ 1的高密度、紧凑早期型星系获取长缝光学光谱。
• 通过高斯拟合测量恒星吸收线的速度弥散度，校正仪器分辨率和大气吸收影响。
• 应用维里定理，结合仪器分辨率与数据处理影响，从速度弥散度估算动力学质量。
• 将动力学质量与基于BRIJK光度测光和Chabrier初始质量函数的RAINBOW SED拟合得到的光度恒星质量进行比较。
• 利用被动光度衰减（Bruzual & Charlot 2003）与次要并合模拟（Naab et al. 2009）构建演化路径，预测其演化至z = 0的状态。
• 使用k校正将观测性质转换至本地静止系，并应用0.1 mag的偏移以与AB星等系统对齐。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何高红移紧凑ETGs的光度恒星质量显著高于其动力学质量？
• RQ2 被动光度衰减与次要并合驱动的尺寸增长是否可解释紧凑、大质量z ≈ 1 ETGs演化为本地ETGs？
• RQ3 速度弥散度在约束紧凑高红移星系的动力学质量与演化历史中起何作用？
• RQ4 这些星系的结构与运动学性质如何与本地质量-大小关系及基本平面关系比较？
• RQ5 光度与动力学质量之间的差异是否源于恒星种群建模或初始质量函数假设的系统性误差？

主要发现

• z ≈ 1时四颗紧凑、大质量ETGs的速度弥散度在156至236 km s⁻¹之间，与典型高红移ETGs一致。
• 动力学质量系统性地比基于BRIJK光度测光得到的光度恒星质量小约6倍。
• 光谱的恒星种群建模显示单星族年龄约为1 Gyr，金属丰度为太阳值，表明恒星种群较年轻。
• 光度与动力学质量之间的差异无法通过光谱范围、初始质量函数或消光模型的变化来解释，表明原始光度星表中恒星质量被系统性高估。
• 当恒星质量重新计算为0.7 × Mdyn以考虑暗物质与恒星种群演化时，星系通过被动衰减与次要并合增长，能一致地演化至本地质量-大小关系与基本平面关系。
• 被动光度衰减与次要并合的联合演化情景成功解释了从紧凑、高红移ETGs向更大、密度更低的本地ETG群体的观测转变。