[论文解读] zCOSMOS 10k-bright spectroscopic sample: exploring mass and environment dependence in early-type galaxies

M. Moresco, L. Pozzetti+59 more|CaltechAUTHORS (California Institute of Technology)|Sep 17, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 66被引用 22

一句话总结

本研究分析了z≈1以内的zCOSMOS 10k-bright早型星系（ETGs）光谱样本，以区分质量与环境在星系演化中的作用。通过光度与光谱分类，发现星系质量主导了颜色与光谱特征的演化，质量较大的ETGs形成更早且表现出更强的D4000跃迁；环境仅起微弱的次要影响，支持以质量为主导的下行规模演化模型。

ABSTRACT

We present the analysis of the U-V rest-frame color distribution and some spectral features as a function of mass and environment for two sample of early-type galaxies up to z=1 extracted from the zCOSMOS spectroscopic survey. The first sample ("red galaxies") is defined with a photometric classification, while the second ("ETGs") by combining morphological, photometric, and spectroscopic properties to obtain a more reliable sample. We find that the color distribution of red galaxies is not strongly dependent on environment for all mass bins, with galaxies in overdense regions redder than galaxies in underdense regions with a difference of 0.027\pm0.008 mag. The dependence on mass is far more significant, with average colors of massive galaxies redder by 0.093\pm0.007 mag than low-mass galaxies throughout the entire redshift range. We study the color-mass relation, finding a mean slope 0.12\pm0.005, while the color-environment relation is flatter, with a slope always smaller than 0.04. The spectral analysis that we perform on our ETGs sample is in good agreement with our photometric results: we find for D4000 a dependence on mass between high and low-mass galaxies, and a much weaker dependence on environment (respectively a difference of of 0.11\pm0.02 and of 0.05\pm0.02); for the equivalent width of Hδwe measure a difference of 0.28\pm0.08 Åacross the same mass range and no significant dependence on environment.By analyzing the lookback time of early-type galaxies, we support the possibility of a downsizing scenario, in which massive galaxies with a stronger D4000 and an almost constant equivalent width of $Hδ$ formed their mass at higher redshift than lower mass ones. We also conclude that the main driver of galaxy evolution is the galaxy mass, the environment playing a subdominant role.

研究动机与目标

• 研究星系质量与局域环境对z≈1以内早型星系（ETGs）演化的影响相对重要性。
• 确定环境密度过量或恒星质量是否是ETGs颜色与光谱特征演化的主导驱动力。
• 通过分析质量与环境梯度上的 lookback time 与光谱指数，检验下行规模演化模型。
• 比较光度（U-V静止框架颜色）与光谱（D4000、Hδ等效宽度）指标对星系年龄与休眠状态的表征。

提出的方法

• 构建了两个ETG子样本：通过光度分类得到的“红色星系”（2098个星系），以及通过形态、光度与光谱标准联合判定的“ETGs”（981个星系）。
• 在固定红移、质量与环境条件下测量静止框架U-V颜色与光谱指数（D4000、Hδ等效宽度），以隔离其依赖关系。
• 利用甚大望远镜（VLT）的zCOSMOS 10k-bright巡天数据，红移范围为0.1至1.0，分析不同环境密度区域的星系性质。
• 通过拟合光谱能量分布（SED）估算星族年龄与形成红移，假设为被动演化模型。
• 通过线性拟合量化质量与环境依赖关系：(U-V)rest ∝ SM·log10(M/M⊙) 与 (U-V)rest ∝ Sδ·log10(1+δ)，测量斜率SM与Sδ。
• 将结果与星族合成模型比较，以形成历史与休眠状态解释观测到的颜色与指数趋势。

实验结果

研究问题

• RQ1 在z≤1时，早型星系的静止框架U-V颜色是否对质量或局域环境的依赖更强？
• RQ2 当环境固定时，颜色与光谱特征随质量的演化幅度如何？
• RQ3 在固定质量下，D4000跃迁与Hδ等效宽度如何随环境变化，这对近期恒星形成有何含义？
• RQ4 在质量函数范围内，ETGs的形成红移是否存在下行规模演化的证据？
• RQ5 环境在多大程度上调节了早型星系的质量-颜色关系？

主要发现

• 在质量较大的星系（log10(M/M⊙)≈10.8）中，平均U-V静止框架颜色比低质量星系（log10(M/M⊙)≈10）红0.093±0.007 mag，颜色-质量斜率SM=0.12±0.005。
• 颜色-环境依赖关系微弱，斜率Sδ≈0.04，高密度与低密度区域间颜色差异仅为Δ(U-V)rest=0.027±0.008 mag。
• 在低质量（log10(M/M⊙)≈10.2）与高质量（log10(M/M⊙)≈10.8）ETGs之间，D4000跃迁增加了0.11±0.02，表明大质量星系中恒星种群更老。
• D4000跃迁仅表现出微弱的环境依赖性（高、低环境四分位数间ΔD4000=0.05±0.02），且Hδ等效宽度无显著变化。
• 大质量ETGs在z≈2时形成（lookback time ~10 Gyr），而质量较小的星系则在z<1时形成（lookback time ~8 Gyr），支持下行规模演化模型。
• 光谱与光度结果与被动演化模型一致，表明大质量ETGs已休眠且古老，而低质量星系仍处于持续演化中。