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      CANDELS場中高紅移寧靜星系的半徑—恒星質(zhì)量關(guān)系

      2018-05-14 08:47:16佟薇姜東飛
      科技風(fēng) 2018年33期

      佟薇 姜東飛

      摘 要:星系的大?。ㄈ绨牍獍霃剑┡c其恒星質(zhì)量緊密相關(guān)。已有研究表明:在紅移z=0-3范圍內(nèi),大質(zhì)量寧靜星系的半徑-恒星質(zhì)量關(guān)系隨紅移顯著演化,且其半徑隨恒星質(zhì)量增長顯著增加。在本研究中,我們從CANDELS巡天的5個場中選取了一個紅移z=0.5-1.5的星系大樣本。我們利用UVJ雙色圖和比恒星形成率-恒星質(zhì)量關(guān)系,分別選取了寧靜星系樣本,對寧靜星系的半徑-恒星質(zhì)量的關(guān)系重新進行了研究。我們的研究結(jié)果表明:大質(zhì)量(M*>~2×1010 M☉)寧靜星系具有很陡的半徑—恒星質(zhì)量關(guān)系,而小質(zhì)量(M*<~2×1010 M☉)寧靜星系則具有相對扁平的半徑-恒星質(zhì)量關(guān)系。這些研究結(jié)果說明大質(zhì)量寧靜星系的大小隨其恒星質(zhì)量增長顯著增加,而小質(zhì)量的寧靜星系大小隨其恒星質(zhì)量增長演化緩慢。

      關(guān)鍵詞:高紅移;寧靜星系;半光半徑;恒星質(zhì)量

      1 緒論

      星系有諸多結(jié)構(gòu)性質(zhì),如星系的大小,恒星質(zhì)量,顏色,恒星形成率等。這些結(jié)構(gòu)參量彼此相關(guān),其中大?。ㄈ绨牍獍霃剑┡c恒星質(zhì)量緊密相關(guān)。研究星系的半徑和恒星質(zhì)量關(guān)系有助于理解星系的演化。已有研究表明大質(zhì)量寧靜星系的半徑-恒星質(zhì)量關(guān)系通常比恒星形成星系的半徑-恒星質(zhì)量關(guān)系更陡,這說明大質(zhì)量寧靜星系的大小隨其恒星質(zhì)量增長顯著增加。

      在過去十幾年里,寧靜星系(早型星系)的大小和恒星質(zhì)量的演化引起了人們的廣泛關(guān)注。Shen et al.(2003)基于斯隆數(shù)字化巡天的大樣本,首次詳細研究了近鄰早型星系的半徑-恒星質(zhì)量關(guān)系。Cassata et al.(2011)的研究表明在紅移z=0-2.5范圍內(nèi),寧靜星系的半光半徑和數(shù)密度顯著演化。最近,van der Wel et al.(2014)基于3D-HST/CANDELS的大樣本,系統(tǒng)研究了寧靜星系和恒星形成星系的半徑-恒星質(zhì)量關(guān)系在z=0-3范圍內(nèi)的演化。van der Wel et al.的研究結(jié)果表明:寧靜星系的半徑——恒星質(zhì)量關(guān)系比與其相對應(yīng)的恒星形成星系的關(guān)系更陡,但寧靜星系的半徑-恒星質(zhì)量關(guān)系在小質(zhì)量端相比其在大質(zhì)量端有明顯偏離,但他們并沒有對此給出定量的描述。若小質(zhì)量寧靜星系與大質(zhì)量寧靜星系具有不同的半徑-恒星質(zhì)量關(guān)系,這將意味著高紅移小質(zhì)量寧靜星系可能與大質(zhì)量寧靜星系有著不同的演化歷史。鑒于此,在本研究中我們從CANDELS巡天的5個場中選取了紅移z=0.5-1.5的寧靜星系樣本。我們利用UVJ雙色圖和比恒星形成率——恒星質(zhì)量的關(guān)系,分別選取寧靜星系,以進一步檢驗高紅移(z~1)寧靜星系的半徑——恒星質(zhì)量關(guān)系是否在小質(zhì)量和大質(zhì)量端明顯不同。

      2 數(shù)據(jù)

      本研究中使用的樣本星系的紅移來自光譜紅移或測光紅移,如果樣本星系具有可靠的光譜紅移,則光譜紅移被采用,否則其測光紅移被采用。靜止坐標下的多波段(從遠紫外到近紅外波段)積分星等通過EAZY程序擬合得到。星系的恒星質(zhì)量是利用多波段測光數(shù)據(jù)通過FAST程序擬合得到。星系的結(jié)構(gòu)參數(shù),如半光半徑(RSMA)、短長軸比(q=b/a)、方位角等,是利用GALFIT程序擬合F125W波段觀測圖像得到。在本研究中,我們按照van der Wel et al.(2014)的方法,利用公式(1)、(2)計算星系在靜止坐標系下5000的半光半徑:

      3 樣本選取

      本研究的樣本選自CANDELS巡天所有5個場,選取標準如下:

      在采用標準(1)-(5)后我們一共從CANDELS巡天選出了12224個星系。我們將樣本星系劃分為2個紅移區(qū)間,0.5

      最終,我們在0.5

      圖1:樣本星系在兩個紅移區(qū)間內(nèi)的UVJ雙色圖,實線是星系形態(tài)分界線(Williams et al.2009)。分界線左上的陰影區(qū)域為寧靜星系(QGs),其右下的區(qū)域為恒星形成星系(SFGs)。

      然后,我們利用比恒星形成率-恒星質(zhì)量關(guān)系選取寧靜星系。圖2給出樣本星系的比恒星形成率(sSFR)-恒星質(zhì)量關(guān)系。黑色實線為Fang et al.(2017)給出的最佳擬合的恒星形成星系的主序關(guān)系。我們把最佳擬合的主序關(guān)系向下平移1.2 dex(~4σ,圖2中綠色線),選取綠色線以下的星系為寧靜星系。

      圖2:樣本星系的比恒星形成率-恒星質(zhì)量關(guān)系。黑色實線是Fang et al.(2018)給出的最佳擬合的恒星形成星系的主序關(guān)系。綠色線是最佳擬合的主序關(guān)系下移1.2 dex,其用來選取寧靜星系。紅色點表示寧靜星系,藍色點表示恒星形成星系。

      4 結(jié)果與分析

      圖3給出根據(jù)UVJ雙色圖選取的寧靜星系分別在兩個紅移區(qū)間(0.5~2×1010M⊙)顯然有不同的斜率。我們遵循van der Wel et al.(2014)的做法,對兩個紅移區(qū)間內(nèi)的大質(zhì)量星系的關(guān)系做線性擬合。擬合結(jié)果如下:在0.5

      圖3:根據(jù)UVJ雙色圖選取的寧靜星系的半徑-恒星質(zhì)量關(guān)系。紅色點表示寧靜星系,小藍色點表示恒星形成星系。青色點表示寧靜星系在不同質(zhì)量區(qū)間內(nèi)的中值。黑色實線是van der Wel et al.(2014)對大質(zhì)量寧靜星系給出的最佳擬合關(guān)系。綠色實線是我們給出的最佳擬合關(guān)系。

      此外,我們對紅移0.5

      圖4給出根據(jù)比恒星形成率-恒星質(zhì)量關(guān)系選取的寧靜星系的半徑-恒星質(zhì)量分布。對大質(zhì)量寧靜星系的分布的擬合結(jié)果如下:在0.5

      圖4:根據(jù)比恒星形成率-恒星質(zhì)量關(guān)系選取的寧靜星系的半徑-恒星質(zhì)量關(guān)系。紅色點表示寧靜星系,小藍色點表示恒星形成星系。青色點表示寧靜星系在不同質(zhì)量區(qū)間內(nèi)的中值。黑色實線是van der Wel et al.(2014)對大質(zhì)量寧靜星系給出的最佳擬合關(guān)系。綠色實線是我們給出的最佳擬合關(guān)系。

      5 結(jié)論

      我們從CANDELS巡天5個場中選取了紅移z=0.5-1.5的寧靜星系樣本。我們分別利用UVJ雙色圖和比恒星形成率-恒星質(zhì)量關(guān)系選擇寧靜星系,研究它們的半徑-恒星質(zhì)量關(guān)系。我們的研究結(jié)果表明紅移z~1的大質(zhì)量(M*>2×1010M⊙)寧靜星系具有較陡的半徑-恒星質(zhì)量關(guān)系。但在小質(zhì)量端(M*<2×1010M⊙),寧靜星系具有相對扁平的半徑-恒星質(zhì)量關(guān)系。這些結(jié)果說明:大質(zhì)量的寧靜星系的大小隨其恒星質(zhì)量增長顯著增加,而小質(zhì)量的寧靜星系的大小隨其恒星質(zhì)量增長演化緩慢。

      參考文獻:

      [1]Cassata,P.,et al.The Relative Abundance of Compact and Normal Massive Early-type Galaxies and Its Evolution from Redshift z ~ 2 to the Present[J].The Astrophysical Journal,Volume 743,Issue 1,article id.96,12 pp.

      [2]Fang,Jerome J.,et al.Demographics of Star-forming Galaxies since z ~ 2.5.I.The UVJ Diagram in CANDELS[J].The Astrophysical Journal,2018,Volume 858,Issue 2,article id.100,29 pp.

      [3]Shen,Shiyin,et al.The size distribution of galaxies in the Sloan Digital Sky Survey[J].Monthly Notice of the Royal Astronomical Society,2003,Volume 343,Issue 3,pp.978-994.

      [4]van der Wel,A.,et al.3D-HST+CANDELS:The Evolution of the Galaxy Size-Mass Distribution since z = 3[J].The Astrophysical Journal,2014,Volume 788,Issue 1,article id.28,19 pp.

      [5]Williams,Rik J.,et al.Detection of Quiescent Galaxies in a Bicolor Sequence from Z = 0-2[J].The Astrophysical Journal,2009,Volume 691,Issue 2,pp.1879-1895.

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