Antonio Sbaffoni, Dissertation, Fachbereich Physik der Universität Hamburg, 2025 :
"Galaxy And Mass Assembly (GAMA): Dekonstruktion der stellaren Massenfunktion von Galaxien im niederrotverschobenen Universum"
"Galaxy And Mass Assembly (GAMA): deconstructing the galaxy stellar mass function in the low-redshift Universe"
Summary
In dieser Doktorarbeit dekonstruieren wir die stellare Massenfunktion von Galaxien (GSMF) im niedrig rotverschobenen Universum unter Verwendung der Daten der Galaxy and Mass Assembly (GAMA)-Durchmusterung. Insbesondere untersuchen wir, wie sich die GSMF in Abhängigkeit von der großräumigen Struktur (z. B. Gruppen, Filamente und Voids), der Halomasse sowie der Galaxienpopulation (sternbildende vs. passive Galaxien, Zentral- vs. Satellitengalaxien) verändert. Zu diesem Zweck verwenden wir die Modified Maximum Likelihood (MML)-Methode, einen bayesschen Ansatz zur Anpassung von Verteilungsfunktionen ohne Binning, bei dem Messfehler, Selektionseffekte und großräumige Strukturen berücksichtigt werden.
Aus einer sorgfältig ausgewählten Stichprobe von 52,089 Galaxien und 10,429 Gruppen untersuchen wir zunächst die Variation der GSMF im niedrig rotverschobenen Universum als Funktion von vier unterschiedlichen Umgebungseigenschaften, nämlich der orthogonalen Entfernung zum nächsten Filament, der Gruppenzugehörigkeit, der Halomasse der Gruppe sowie einer Kombination aus der Zweigordnung der Gruppe und der Anzahl der Verbindungen der Gruppe. Wir stellen Folgendes fest: (i) Die GSMF wird nicht signifikant durch die Entfernung zum nächsten Filament beeinflusst, sondern vielmehr durch die Gruppenzugehörigkeit. (ii) Massereichere Halos beherbergen tendenziell massereichere Galaxien und zeigen einen steileren Rückgang der Anzahl mittelmassiver Galaxien mit zunehmender stellarer Masse. Dieses Ergebnis ist robust gegenüber der Wahl dynamischer und leuchtkraftbasierter Schätzungen der Gruppenhalomasse. (iii) Die GSMF von Gruppengalaxien hängt nicht von der Position innerhalb eines Filaments ab, während für Gruppen außerhalb von Filamenten die charakteristische Masse der GSMF geringer ist. Unsere globale GSMF lässt sich gut durch eine doppelte Schechter-Funktion mit den folgenden Parametern beschreiben: log [M* / (M⊙ h₇₀⁻²)] = 10,76 ± 0,01, Φ*₁ = (3,75 ± 0,09) × 10⁻³ Mpc⁻³ h₇₀³, α₁ = −0,86 ± 0,03, Φ*₂ = (0,13 ± 0,05) × 10⁻³ Mpc⁻³ h₇₀³ und α₂ = −1,71 ± 0,06. Dieses Ergebnis ist in Bezug auf M* mit früheren GAMA-Studien konsistent, wenngleich wir für α₁ und α₂ niedrigere Werte finden.
Anschließend dekonstruieren wir die GSMF im niedrig rotverschobenen Universum weiter, indem wir Galaxien nach ihrer Sternentstehungsaktivität und ihrer Umgebung trennen und untersuchen, wie sich die GSMF über verschiedene Galaxienpopulationen (sternbildende vs. passive Galaxien sowie Zentral- vs. Satellitengalaxien) und in Abhängigkeit von der Halomasse verändert. Wir stellen Folgendes fest: (i) Die GSMFs passiver und sternbildender Galaxien lassen sich gut durch eine doppelte bzw. eine einfache Schechter-Funktion beschreiben, wobei die Einbeziehung einer zweiten Komponente für die sternbildende Population eine genauere Beschreibung ermöglicht. Sternbildende Galaxien dominieren das niedrige Massenende der gesamten GSMF, während passive Galaxien hauptsächlich den mittleren bis hohen Massenbereich prägen. (ii) Die GSMF von Zentralgalaxien dominiert das hohe Massenende, während Satelliten und nicht gruppierte Galaxien den mittleren bis niedrigen Massenbereich bestimmen. Zudem beobachten wir einen relativen Anstieg der Häufigkeit niedrigmassiver Galaxien beim Übergang von dichten Gruppenumgebungen zu isolierten Systemen. (iii) Massereichere Halos beherbergen massereichere Galaxien, weisen einen höheren Anteil passiver Systeme auf und zeigen einen steileren Rückgang der Anzahl mittelmassiver Galaxien. Schließlich zeigen unsere Ergebnisse größere Unterschiede zwischen passiven und sternbildenden GSMFs als vom Modell von Peng et al. (2010) vorhergesagt, bestätigen jedoch insgesamt die in der Literatur berichteten Trends der umgebungsbedingten Unterdrückung der Sternentstehung bei Zentral- und Satellitengalaxien.
Titel
Kurzfassung
In this doctoral thesis, we deconstruct the galaxy stellar mass function (GSMF) in the low-redshift Universe using the equatorial Galaxy and Mass Assembly (GAMA) dataset. Specifically, we explore how the GSMF varies as a function of the large-scale structure (e.g. groups, filaments, and voids), halo mass, and galaxy population (e.g. star-forming vs passive galaxies, centrals vs satellites). To this end, we employ the Modified Maximum Likelihood (MML) method, a Bayesian approach to fitting distribution functions without binning, while accounting for measurement errors, selection effects, and large-scale structure.
From a carefully selected sample of 52,089 galaxies and 10,429 groups, we first investigate the variation of the low-redshift GSMF as a function of four different environmental properties, namely the orthogonal distance to the nearest filament, group membership, group halo mass, and a combination of the group’s branch order and the group’s number of connecting links. We find that: (i) the GSMF is not strongly affected by distance to the nearest filament, but rather by group membership; (ii) more massive halos tend to host more massive galaxies and exhibit a steeper decline with stellar mass in the number of intermediate-mass galaxies. This result is robust against the choice of dynamical and luminosity-based group halo mass estimates; (iii) the GSMF of group galaxies does not depend on the position within a filament, but for groups outside of filaments the characteristic mass of the GSMF is lower. Finally, our global GSMF is well described by a double Schechter function with the following parameters: log [M* / (M⊙ h₇₀⁻²)] = 10.76 ± 0.01, Φ*₁ = (3.75 ± 0.09) × 10⁻³ Mpc⁻³ h₇₀³, α₁ = −0.86 ± 0.03, Φ*₂ = (0.13 ± 0.05) × 10⁻³ Mpc⁻³ h₇₀³, and α₂ = −1.71 ± 0.06. This result is consistent with previous GAMA studies in terms of M*, although we find lower values for both α₁ and α₂.
We further deconstruct the low-redshift GSMF by separating galaxies according to their star formation activity and environment, examining how it varies across different galaxy populations (star-forming vs passive galaxies, and centrals vs satellites) and as a function of halo mass. We find that: (i) the GSMFs of passive and star-forming galaxies are well described by a double and a single Schechter function, respectively, although the inclusion of a second component for the star-forming population yields a more accurate description. Furthermore, star-forming galaxies dominate the low-mass end of the total GSMF, whereas passive galaxies mainly shape the intermediate-to-high-mass regime; (ii) the GSMF of central galaxies dominates the high-mass end, whereas satellites and ungrouped galaxies shape the intermediate-to-low-mass regime. Additionally, we find a relative increase in the abundance of low-mass galaxies moving from dense group environments to isolated systems; (iii) more massive halos host more massive galaxies, have a higher fraction of passive systems, and show a steeper decline in the number of intermediate-mass galaxies. Finally, our results reveal larger differences between passive and star-forming GSMFs than predicted by the model of Peng et al. (2010), but generally confirm the environmental quenching trends for centrals and satellites reported in other works.