高红移大质量星系的大小和演化研究

Study on size evolution of high-redshift massive galaxies is one of the hottest research topics in astronomy, which is very important for us to understand the formation and evolution of galaxy, and to put constraints on galaxy formation models. But through several years of effort, there still exist a lot of problems,e.g., people used rest-frame UV band to measure galaxy size before the WFC3 datasets become available, the samples of high redshift galaxies were neither sufficient large nor uniformly selected, the method implemented to classify galaxies were quite diversified, etc.. In our research, we will measure the rest-frame optical size of galaxy by utilizing the HST/WFC3 NIR images in CANDELS survey over large sky area (e.g., UDS, AEGIS, COSMOS, etc.), classify these galaxies with non-parametric method, study the size evolution of both early and late type galaxies along the redshift, analyze the relations of size evolution with physics features of galaxy, discuss the influence of using different galaxy classification method, and investigate the differential morphologies of galaxy between rest-frame UV and optical band.

高红移（红移z～0.8-3）大质量星系的观测和研究是当代天文学的一个热点，它对于我们了解星系的形成和演化，约束不同的星系形成模型等都至关重要。检验星系形成模型一个最直接的有效方法是研究大质量星系的大小随红移演化关系，而目前关于星系的大小随红移的演化研究还存在很多问题和争议。例如：测量星系大小更多使用静止紫外波段，高红移大质量星系样本容量偏小且选取方法多样，星系类型划分标准多样等。本基金申请中，我们将利用多天区大视场（如UDS、AEGIS和COSMOS等）中CANDELS巡天的HST/WFC3近红外观测图像测量样本中星系在静止光学波段的大小，并基于非模型化形态参数分类结果，分别研究早型和晚型星系的大小随红移演化的趋势，分析不同类型、不同红移区间内星系大小与星族质量关系，星系大小与星系物理特征之间的关系，讨论星系形态不同分类方法对上述研究结果的影响，以及星系大小在静止紫外和光学波段大小的差异。

高红移(z=1～3)大质量星系的形成和演化是观测天文学的研究热点。已有的研究表明近邻大质量星系在颜色星等图上表现出双峰分布：RS(Red Sequence)和BC(Blue Cloud)。分布在RS区域的星系表现出早型星系(ETGs)的结构特征，而处在BC区域的星系则有着延展的晚型星系(LTGs)形态。类似的星系颜色双峰分布现象在红移z=2～3处已经被证实。对于红移分布在1<z<3区间内的大质量星系，HST WFC3近红外观测图像能提供它们在静止光学波段形态的重要信息。利用CANDELS场的多波段观测数据和高分辨率的HST WFC3近红外观测图像，我们定量分析了红移分布在1<z<3范围内大质量星系的形态和结构性质。主要结论如下：(1) 高红移大质量星系有着类似于近邻同类型星系的恒星质量与星系尺度的关系，但相比较于同类型相似质量的近邻星系，高红移星系有效半径整体偏小。(2) 不同星系分类系统定义的LTGs和ETGs样本，都明显存在星系的有效半径随红移的演化关系，这种演化趋势ETGs比LTGs更剧烈，而且不依赖于星系分类方法(如颜色、结构参数、形态参数等)的选择。(3)高红移大质量星系的尺寸比近邻同类型相似质量的星系小而且随时间发生生长，其物理机制可能是星系间的主并合，星系间的无耗散次并合，前身偏离，活动星系核(AGN)或超新星反馈作用导致星系中心的大量冷气体外流引起的绝热膨胀效应。其他主要相关工作：(1) 高红移极亮红外星系(ULIRGs)的静止光学波段形态表现出多样性，如并合或相互作用、不规则、盘状和椭圆形态。形态上的差异表明这些星系有着不同的形成过程，星系间的并合和盘的不稳定性塌缩可能对这些高红移ULIRGs的形成和演化发生着重要的作用。另外，相比较于近邻相似质量的ULIRGs来说，高红移ULIRGs的平均有效半径要小1到2倍。(2)基于HST WFC3的F160W观测图像，我们分析了35个AGN寄主星系(红移1<z<3)的形态和结构性质，结果发现AGN寄主星系与正常恒星形成星系的形态和结构分布没有明显差别。(3) 基于3D-HST的多波段测光数据和CANDELS的近红外观测图像，我们分析了致密恒星形成星系的物理性质。我们的结果表明红移处在1.6附近的致密宁静星系(cQGs)可能是近邻大质量ETGs的前身星系，而红移z>2处的cSFGs则是cQGs的前身星系。