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一个高红移原星系团的多波段观测

原星系团(protocluster)通常指在高红移处(z>2)还没有维里化的星系团的前身。研究这些原星系团对于我们理解宇宙大尺度结构的形成有重要帮助。此外,我们知道星系的形成受到周围环境的影响,在高密度的成熟星系团中年老的椭圆星系所占比重最大,这些椭圆星系很早就停止了恒星形成。而在星系团外的低密度区域中的星系则主要以年轻的正在恒星形成的漩涡星系为主,形成了我们所观测到的“形态-密度”关系,或者说“恒星形成率-密度”关系。而如果我们看向更遥远的宇宙,在星系团的前身—原星系团中,这种关系还存在么?或者说,这种关系有可能发生反转?

我们利用多波段的观测数据研究了一个红移在z=3.13处的原星系团,利用测光红移和SED拟合得到了300多个位于这个原星系团中的成员星系。我们发现这些成员星系在空间中似乎分成两个较大的高密度区域A和B,其中A区域包含大比例的宁静星系而B区域中绝大多数星系则是年轻的恒星形成星系。巧合的是,我们先前对这个原星系团的研究工作发现Lyman-Break Galaxies集中在A区域而更年轻的Lyman-alpha emitters则倾向于集中在B区域。我们的工作进一步证实了这种现象(halo assembly bias)的存在,表明星系的性质与其所在的暗物质晕的形成时间有很大相关性。此外,我们还发现相比于低密度区域中的星系,这个原星系团中星系的恒星形成率有显著的提高,表明“恒星形成率-密度”关系在这个原星系团中确实发生了反转。这个星系团中的星系正在加速其恒星形成过程,很有可能在很短的一段时间内就耗尽其中的气体,变成宁静星系,并且随着这个原星系团的塌缩缓慢演化为我们现在看到的成熟星系团中的大质量椭圆星系。

这个工作已经发表在ApJ上。论文作者:时珂,Jun Toshikawa, 蔡峥, Kyoung-Soo Lee ,方陶陶。

论文链接:https://arxiv.org/abs/2007.07055

图注:图中A和B区域是原星系团的区域,蓝色的点代表恒星形成星系,红色的点代表宁静星系,青色的点代表富含尘埃的星系。可以看到A区域有很多宁静星系和富含尘埃的星系,而B区域中绝大多数星系则是普通的恒星形成星系。



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