高红移大质量致密星系的物理特性研究

Massive galaxies at high redshift have been observed to have properties which can be quite different from their counterparts at similar mass in the local universe. One of the most striking differences is the much smaller sizes observed for high-redshift galaxies. Massive compact galaxies are extremely rare in the present-day universe, but they were significantly more abundant at high redshift. How do these high-redshift compact galaxies form? And what are their evolutionary fates? Massive compact galaxies are recognized to be primarily comprised of two interesting galaxy populations: compact Star-Forming Galaxies (cSFGs) and compact Quiescent Galaxies (cQGs). The CANDELS observed 5 heavily studied fields (UDS, AEGIS, COSMOS, GOODS-S and GOODS-N) with the Hubble Space Telescope (HST). High resolution imaging by Wide Field Camera 3 (WFC3) in near-infrared bands (F125W and F160W). Using the method we developed for massive compact galaxies selection, we will construct large samples of cSFGs and cQGs in the interval 1<z<3. Based on multi-band photometry data, we analyze the physical properties of these galaxies. Such as the fraction of AGNs, SFR, number density, morphology, clustering, etc. High-redshift massive compact galaxies are an important population for understanding the formation and evolution of galaxies. They can provide crucial constraints on the current galaxy formation and evolution models.

高红移大质量星系有着不同于近邻宇宙中相似质量星系的观测性质，一个明显特征是高红移星系物理尺寸要小。大质量致密星系主要分布在高红移区域，近邻宇宙中大质量致密星系非常少。这些高红移大质量致密星系是如何形成以及它们的演化归宿是什么？大质量致密星系可分成两类：致密的恒星形成星系(cSFGs)和致密的宁静星系(cQGs)。我们将基于CANDELS 5个深场巡天的多波段数据和HST WFC3高分辨率的近红外波段观测图像，利用我们发展的大质量致密星系的选择技术，构建红移分布在1<z<3区间内大样本的cSFGs和cQGs，并分析不同选择判据间的差异。测量这些星系的各种物理参数，定量分析并比较这些物理量在不同红移区间内不同类型星系中分布情况，揭示更多有关高红移大质量致密星系的物理特性，探索这些星系形成和演化的物理机制。促进对高红移大质量星系形成和演化的理解，为星系形成和演化理论模型提供更多观测上约束条件。

高红移大质量星系有着不同于近邻宇宙中相似质量星系的观测性质，一个明显特征是高红移星系物理尺寸要小。大质量致密星系主要分布在高红移区域，近邻宇宙中大质量致密星系非常少。这些高红移大质量致密星系是如何形成以及它们的演化归宿是什么？基于CANDELS/3D-HST 5个深场巡天的多波段数据和HST WFC3高分辨率的近红外波段观测图像，利用恒星质量面密度和比恒星形成率(或UVJ颜色)判据，构建了红移分布在1<z<3区间内大质量致密宁静星系和致密恒星形成星系样本，研究了这些星系的物理性质以及这些性质随红移的演化关系，如形态结构、尘埃温度、演化时标、成团性和共动数密度等。我们的主要结论如下：(1) 大质量致密恒星形成星系、延展的恒星形成星系和AGN主导的源有着类似的T(dust)−z关系，而且eSFGs和cSFGs的尘埃温度和尘埃质量分布也相似。(2) 不同致密性判据定义的cQGs(cSFGs)其数密度与红移之间有着相似的演化趋势, 通过理论模拟计算，发现cSFGs的演化时标在0.3-0.8Gyr之间，而且致密性越高的星系，其演化时标就越短。(3)有无AGN活动特征的致密恒星形成星系，其局域环境密度分布相似，这暗示致密恒星形成星系中的AGN活动可能是由于星系长期本征的演化过程引起的，如引力不稳定性塌缩或者动力学摩擦。(4)大质量致密星系的局域环境研究结果表明，在较高红移处致密恒星形成星系可能是由延展星系间的并合产生，而在较低红移处可能是由星系盘的不稳定性塌缩形成的。(5)成团性研究结果表明红移z～1.6的cQGs很可能是近邻大质量早型星系的前身星系，而更高红移(z>2)的SMGs和cSFGs又是cQGs的前身星系。(6) 大质量致密宁静星系尺寸的演化是由多种物理机制共同导致的，但星系的形成时期可能对尺寸演化有着非常重要的影响，越晚形成的星系拥有越大的初始尺寸(Progenitor bias)。