Galaxy evolution in the fors deep field [Elektronische Ressource] / submitted by Armin Gabasch

Gabasch, Armin

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• Astronomie

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• Publié par: ludwig-maximilians-universitat_munchen
• Publié le: 01 janvier 2004
• Nombre de lectures: 10
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 5 Mo

Extrait

Galaxy Evolution in the Fors Deep Field
Armin GabaschGALAXY EVOLUTION IN THE FORS DEEP
FIELD
Ph.D. Thesis
at the Faculty of Physics
of the
Ludwig-Maximilian University Munich
submitted by
Armin Gabasch
Munich, October 20041. Evaluator: Prof. Dr. Ralf Bender
2. Ev Dr. Peter Schuck¨ er
Date of the oral exam: 22 December 2004Es irrt der Mensch, solang’ er strebt
– Johann Wolfgang von Goethe
to my parents, brother and sister –
for their endless supportContents
List of Figures xiii
List of Tables xvi
Zusammenfassung xviii
1 Introduction 1
1.1 The early Universe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.1 Basic concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Structure formation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2.1 The cosmic microwave background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Matter-radiation equality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Photon decoupling and recombination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Analyzing the cosmic microwave background . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2.2 The dark age . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2.3 Reionization and the first stars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Formation of the first stars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Reionizing the IGM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3 Galaxy evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3.1 Theoretical framework for galaxy evolutions . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Monolithic collapse model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Hierarchical clustering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.3.2 Observational evidence for galaxy evolutions . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Surveys and their distance determinations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Restframe galaxy luminosity function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Star formation rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Clustering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.4 Outline of the thesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2 The FORS Deep Field 17
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2 Field selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.3 Observations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.4 Optical data reduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.4.1 Basic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21viii CONTENTS
2.4.2 Image stacking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.4.3 Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.5 NIR data reduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.6 Basic properties of the co-added images . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.7 Source detection and photometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.8 Photometric catalog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.8.1 Compilation of the photometric catalog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.8.2 Contents of the catalog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.9 Galaxy number counts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.10 z- and 835nm-band . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3 The evolution of the luminosity functions: I. The blue bands 39
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.2 The FORS Deep Field . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.3 I selection versus K selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.4 Photometric redshifts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.5 Luminosity functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.5.1 The method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.5.2 The slope of the luminosity function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.5.3 The restframe functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.6 Parameterizing the evolution of the luminosity function . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.7 Comparison with literature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.8 with model predictions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
3.9 Summary and conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
3.10 Appendix of Chapter 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.10.1 Schechter parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.10.2 Comparison with literature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
UV bands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
0:1 0:1SDSS bands (u’, g’, u, g) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
B-band . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.10.3 Confidence levels for the slope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
4 The evolution of the luminosity functions: II. The red bands 75
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.2 Luminosity functions in the r’, i’, and z’ bands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.2.1 The slope of the luminosity function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4.2.2 The redshift evolution of the luminosity functions . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.3 Parameterizing the ev of the function . . . . . . . . . . . . . . . . 81
4.4 Comparison with literature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
4.5 with model predictions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
5 LF redshift evolution as a function of SED type 93
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
5.2 Galaxy classification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
5.3 Type-dependent luminosity function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95CONTENTS ix
5.4 Appendix of Chapter 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
6 The SFR history in the FORS Deep and GOODS South Fields 111
6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
6.2 Data sets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
6.3 The Star Formation Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
6.4 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
7 Evolution of the stellar mass density and dust correction 119
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
7.2 The stellar mass density from the SFR up to z 4:5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
7.3 Tight constraint to the mean dust correction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
8 Summary and concluding synthesis 123
8.1 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
8.2 Concluding synthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126x CONTENTS