Evolution of structural properties of early-type galaxies in different environments
ÉVOLUTION DES PROPRIÉTÉS STRUCTURELLES DES GALAXIES DE TYPE PRÉCOCE DANS DIFFÉRENTS ENVIRONNEMENTS
Résumé
The mass assembly of massive galaxies is still an open question. In particular, there is a large debate about the evolution leading to the formation of massive early-type galaxies (ETGs) observed today, since the discovery of massive passive galaxies at z ~ 1-2 more compact than their local counter-parts. Two physical processes are usually invoked to explain the size growth of these galaxies : gas expulsion or dry minor mergers, but none of them is able to reproduce all the observed trends. Environment is an additional variable that can be used to disentangle between different scenarios and which has been poorly explored up to now. In that contex, z > 1 is an interesting epoch to study environmental dependence of the sizes of ETGs since the first massive clusters start to appear at that time. If galaxies ending-up in these massive structures have for some reason been processed differently or more rapidly than galaxies living in the field, the effects should be visible at that time. In this work, I analyze the mass-size relation and size evolution of passive early-type galaxies in a sample of nine massive galaxy clusters in the redshift range 0.8 < z < 1.6 and compare it to an homogeneous sample of field galaxies. All properties (size, mass and morphology) are derived on the same way. Cluster galaxy selection include galaxies classified as early-type with stellar masses above 3 * 10^10 M lying on the red sequence of each cluster. Field galaxies have been selected according to the same criteria. The main result is that we do not detect any significant differences in the mass-size relation and size evolution of early-type galaxies living in the field and in clusters. Our results, combined with previous works, suggest that the imprint of environment on galaxy sizes is very weak from at least z ~ 1.5. This result is independent of the stellar mass range that we use. Besides, we detect a morphological dependence of the mass-size relation for elliptical and lenticular galaxies. Lenticulars appear on average more compact at fixed stellar mass than ellipticals and evolve faster from z ~ 1.5 to present. They are ~ 40% smaller at z = 1 and only ~ 10% smaller at z = 0. Elliptical galaxies dominate the galaxy population beyond 10^11 Msun . We compare our results with the predictions of two semi-analytical models based on the Millenium merger trees. They predict a behaviour broadly consistent with our findings at 1-2 sigma. This puts constraints on the properties of galaxy evolution processes.
La question de l'assemblage des galaxies massives est toujours ouverte. En particulier, l'évolution qui mène à la formation des galaxies massives de type précoce telles qu'on les observe aujourd'hui fait grand débat, depuis plusieurs années depuis la découverte de galaxies passives massives à z ~ 1-2 plus compactes que leur équivalent dans l'Univers local. Deux principaux scénarios sont proposés pour expliquer l'augmentation de taille de ces galaxies : expulsion du gaz ou fusions mineurs pauvres en gaz, mais aucun des deux ne permet de rendre compte de tous les résultats observationnels. L'environnement qui a encore été peu étudié jusqu'à présent, intervient alors comme une variable supplémentaire pour contraindre les modèles et tenter de dégager le bon scénario. La période z > 1 semble être le moment idéal pour étudier la dépendance entre la taille et l'environnement puisque c'est le moment où les amas de galaxies massifs apparaissent. Si les galaxies finissant dans ces structures denses ont été transformées différemment que celles finissant dans le champ, les effets devraient être visibles à ce moment là. Dans ce travail de thèse, j'ai analysé la relation masse-taille et l'évolution en taille des galaxies passives de type précoce dans un échantillon de 9 amas de galaxies massifs, dans l'intervalle 0, 8 < z < 1, 6, et comparé à un échantillon homogène de galaxies de champ. Toutes les propriétés telles que la taille, la masse et la morphologie sont estimées de la même manière dans les échantillons de galaxies d'amas et de champ. La sélection des galaxies d'amas comprend les galaxies classifiées comme type précoce ayant une masse supérieure à 3 * 10^10 M sun et peuplant la séquence rouge déterminée pour chaque amas de galaxies. Les galaxies de champ ont été sélectionnées en respectant les mêmes critères. Le principal résultat est que nous ne détectons pas de différences significatives dans la relation masse-taille ni dans l'évolution de la taille des galaxies de type précoce vivant dans le champ et dans les amas. Nos résultats, combinés avec les récents résultats de la littérature, suggèrent une très faible dépendance de la taille des galaxies de type précoce avec l'environnement à grande échelle depuis z ~ 1, 5. L'absence de dépendance avec l'environnement est aussi indépendante de l'intervalle de masse considéré. Nous détectons en revanche une dépendance de la taille avec la morphologie : les galaxies lenticulaires paraîssent en moyenne plus compactes que les galaxies elliptiques à masse stellaire fixée. Elles semblent avoir une évolution en taille plus forte que les elliptiques depuis z ~ 1, 5 : elles sont ~ 40% plus petites à z = 1 et seulement ~ 10% plus petites à z = 0. Les galaxies elliptiques, quant à elles, dominent uniquement la population de galaxies au-delà de 10^11 Msun . Finalement, nous comparons nos résultats avec les prédictions des modèles semi-analytiques de Guo et al. (2011) et Shankar et al. (2013) basés sur les arbres de fusions de la simulation Millénium. Globalement, nos résultats sur l'évolution en taille des ETGs sont compatibles à 1 sigma avec ces modèles. Cela permet de mettre quelques contraintes sur les propriétés des modèles d'évolution de galaxie.