z~2 处大质量星系的多波段研究 I. 恒星形成与星系生长

通过考察来自 Great Observatories Origins Deep Survey 中 $1.4<z<2.5$ 且 $K_{Vega}<22$ 的大质量星系样本，我们将 Spitzer 在中红外和远红外的测光数据与亚毫米波、射电及静止系紫外波长的数据进行比较，以检验不同恒星形成率(SFR)示踪物之间的一致性，并探讨其对星系组装的含义。对于具有中等光度（$L_{8um}<10^{11}L_sun$）的 $z~2$ 星系，我们发现基于局部光度相关性可以从多波段数据中一致地估算 SFR。然而，20–30% 的大质量星系，以及几乎所有 $L_{8um}>10^{11}L_sun$ 的星系，显示出中红外超，这很可能是由于存在被遮蔽的活动星系核，如在一篇姊妹篇论文中所示。对于被 24um 探测到的星系，其恒星质量与 SFR 之间存在紧密且大致线性的相关性。在给定质量下，$z=2$ 时的 SFR 分别比 $z=1$ 和 $z=0$ 时的恒星形成星系中的 SFR 大约 4 倍和 30 倍。$z=2$ 时的典型极亮红外星系(ULIRGs)对紫外光是相对“透明”的，且其活动持续时间长（约 400 Myr），这与本地 ULIRGs 和高红移亚毫米波选择星系不同。ULIRGs 是 $z=2$ 大质量星系中恒星形成的常见模式，其高占空比表明主并合并非该活动的主导触发因素。当前的星系形成模型将质量-SFR 相关性的归一化低估了约 4 倍，将 ULIRGs 的空间密度低估了一个数量级，但对 $z>1.4$ 的宁静星系给出了更好的一致性。