Probing ¡the ¡merger ¡sequence ¡ with ¡ALMA Eelco ¡van ¡Kampen EU ¡ARC@ESO
Where does this talk fit in ? MeeAng ¡theme ¡quesAons ¡addressed ¡(secAon ¡5b): ¡ • Is ¡the ¡merger ¡rate ¡with ¡redshiH ¡understood? • What ¡is ¡the ¡implicaAon ¡for ¡galaxy ¡growth ¡and ¡change ¡with ¡the ¡ merger ¡rate? ¡ • What ¡role ¡is ¡ALMA ¡playing ¡in ¡beNer ¡understanding ¡mergers ¡ over ¡all ¡cosmic ¡Ame? ¡
Is the merger rate with redshift understood ? For ¡dark ¡maNer: ¡yes. ¡But ¡for ¡galaxies ¡? 3
Is the merger rate with redshift understood ? Patton(2002) Lin(2004) Bell(2006) 10 -1 De Propris(2007) F mg (Gyr -1 ) Conselice(2003) Lotz(2006) de Ravel(2011) Font2008 Bertone07 10 -2 DeLucia06 Bower06 Λ CDM 100b 0 0.5 1 1.5 z(redshift) Normalized ¡galaxy ¡merger ¡rates ¡from ¡observa4ons ¡and ¡models ¡as ¡compiled ¡by ¡Jian ¡et ¡al. ¡(2012). Observa4ons ¡are ¡in ¡red, ¡various ¡publicly ¡available ¡models ¡in ¡other ¡colours, ¡and ¡DM ¡in ¡black. Observed ¡merger ¡rates ¡are ¡derived ¡from ¡close ¡(projected) ¡pair ¡counts, ¡with ¡assumpAons ¡about ¡ projecAon ¡effects ¡(not ¡all ¡2D ¡pairs ¡are ¡merging ¡systems) ¡and ¡merger ¡Amescales. Jian ¡et ¡al. ¡(2012) ¡conclude ¡that ¡the ¡large ¡discrepancies ¡between ¡the ¡models ¡and ¡observaAons ¡ are ¡mainly ¡due ¡to ¡the ¡assumed ¡merger ¡Amescales ¡and ¡probabiliAes ¡for ¡projected ¡close ¡pairs ¡to ¡ actual ¡merge. 4
Is the merger rate with redshift understood ? Font08 Font08 Bertone07 Bertone07 DeLucia06 DeLucia06 10 1 Bower06 Bower06 1.0 Ratio (N 3D /N pair ) Λ CDM 100b Λ CDM 100b T mg (Gyr) 0.8 0.6 10 0 0.4 0.2 0.0 1.0 < z < 1.4 0.8 < z < 1.0 1.0 < z < 1.4 0.8 < z < 1.0 10 -1 10 1 1.0 Ratio (N 3D /N pair ) T mg (Gyr) 0.8 0.6 10 0 0.4 0.2 0.0 0.5 < z < 0.8 0.2 < z < 0.5 0.5 < z < 0.8 0.2 < z < 0.5 10 -1 -1.0 0.0 1.0 2.0 -1.0 0.0 1.0 2.0 -1.0 0.0 1.0 2.0 -1.0 0.0 1.0 2.0 log 10 (1+ δ n ) log 10 (1+ δ n ) log 10 (1+ δ n ) log 10 (1+ δ n ) Same ¡for ¡the ¡ra4o ¡of ¡3D ¡to ¡2D ¡pairs. Merger ¡4me ¡(in ¡Gyr) ¡as ¡a ¡func4on ¡of local ¡density ¡(compiled ¡by ¡Jian ¡et ¡al. ¡2012). 5
Is the merger rate with redshift understood ? Lin et al. (2010) Font08 10 1 Font08 Bertone07 Bertone07 DeLucia06 DeLucia06 Bower06 10 0 Λ CDM 100b Bower06 F mg (Gyr -1 ) Λ CDM 100b 10 -1 10 -2 10 -3 1.0 < z < 1.4 0.8 < z < 1.0 1.0 < z < 1.4 0.8 < z < 1.0 10 -4 10 1 10 0 F mg (Gyr -1 ) 10 -1 10 -2 10 -3 0.5 < z < 0.8 0.2 < z < 0.5 0.5 < z < 0.8 0.2 < z < 0.5 10 -4 -1.0 0.0 1.0 2.0 -1.0 0.0 1.0 2.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0 log 10 (M h /h -1 M Θ ) log 10 (M h /h -1 M Θ ) log 10 (1+ δ n ) log 10 (1+ δ n ) Normalized ¡galaxy ¡merger ¡rates ¡as ¡a ¡func4on ¡of ¡local ¡density ¡(leI) ¡and ¡halo ¡mass ¡(right), ¡ as ¡compiled ¡by ¡Jian ¡et ¡al. ¡(2012). 6
Is the merger rate with redshift understood ? Pair ¡fracAon ¡(the ¡“average ¡number ¡of ¡ DEEP2(2003,2007) SSRS2,MGC,CNOC2 companions ¡per ¡galaxy”) ¡for: 10 0 GOODS-S TKRS -‑ ¡observaAons ¡(red ¡points) zCOSMOS -‑ ¡various ¡publicly ¡available ¡models ¡(other Font08 Bertone07 ¡ ¡ ¡colours) DeLucia06 Bower06 -‑ ¡dark ¡maNer ¡only ¡simulaAons ¡(black) Λ CDM 100b Berrier et al., 2006 N c (Pair Fraction) For ¡z>1 ¡it ¡all ¡gets ¡a ¡bit ¡uncertain. Can ¡ALMA ¡help ¡here ¡? Certainly, ¡but ¡as ¡ALMA ¡is ¡not ¡really ¡a ¡survey ¡ 10 -1 instrument. ¡Surveys ¡are ¡not ¡completely ¡ impossible ¡though, ¡and ¡there ¡is ¡the ¡growing ¡ ALMA ¡archive ¡to ¡harvest ¡... 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 7 z (redshift) 2.
ALMA: from blobs to galaxies (and pairs !) SCUBA-‑2 ¡at ¡JCMT ¡(850 ¡µm) ~18” ¡resoluAon Text sub ¡arcsec ¡ resoluAon Full ¡ALMA ¡(850 ¡µm)
What role is ALMA playing in better understanding mergers over all cosmic time ? resolve ¡high ¡redshiHs ¡pairs ¡in ¡the ¡sub-‑mm ¡(from ¡‘blobs’ ¡to ¡single ¡or ¡mulAple ¡ • galaxies) measure ¡the ¡(molecular) ¡gas ¡and ¡dust ¡content ¡for ¡each ¡(pre-‑merger) ¡galaxy • help ¡secure ¡redshiHs ¡(using ¡CO ¡lines, ¡for ¡example, ¡if ¡available ¡at ¡the ¡redshiH ¡ • of ¡the ¡cluster) with ¡significant ¡line ¡emission: ¡measure ¡the ¡line ¡profile • eventually ¡do ¡staAsAcs ¡on ¡all ¡of ¡the ¡above • Plan: find ¡and ¡get ¡data ¡on ¡pairs ¡beyond ¡redshiH ¡1, ¡especially ¡in ¡and ¡near ¡clusters, ¡ • including ¡ALMA ¡data produce ¡a ¡sample ¡of ¡simulated ¡clusters ¡to ¡study ¡selecAon ¡and ¡projecAon ¡ • effects, ¡amongst ¡others, ¡and ¡generate ¡realisAc ¡predicAons ¡for ¡ALMA 9
Observational part: pairs in and around z>1 clusters For ¡example, ¡those ¡detected ¡by ¡ SpARCS : ¡ ¡The ¡ Spitzer ¡AdaptaAon ¡of ¡the ¡Red-‑Sequence ¡Cluster ¡Survey ¡(PI: ¡Gillian ¡Wilson) Detected ¡using ¡the ¡cluster ¡ red ¡sequence, ¡then ¡ confirmed ¡by ¡ spectroscopic ¡redshiHs ¡ Coma ¡cluster ¡color-‑magnitude ¡diagram
Moving out to z~1.6 g ʹ″ z ʹ″ [3.6] images of: - J1053 (upper left) - J0224 (lower left) - J0330 (upper right) - J0225 (lower right) All spectroscopically confirmed at z = 1.646, 1.633, 1.626 and 1.594 (Muzzin et al. 2013, DeGroot et al. 2013, in prep, Wilson et al. 2013, in prep). 11
SpARCS ¡J033056-‑284300 White ¡circles: ¡sources ¡ with ¡spectroscopic ¡ redshiHs. Blue ¡rectangle: ¡HST ¡ coverage ¡for ¡50 ¡more ¡ (G102 ¡spectroscopy) ¡! 12
SpARCS ¡J033056-‑284300 ALMA ¡Cycle ¡2 ¡proposal ¡ 2013.1.01000.S: band ¡4 ¡(yellow ¡circles) ¡for ¡ CO(3-‑2) ¡line ¡emission, ¡and ¡ band ¡7 ¡(red ¡circles) ¡for ¡ conAnuum 13
Pairs in the ALMA deep field ? Soon (?): an ALMA 1.3-mm image of the Hubble Ultra Deep Field (PI: Jim Dunlop, Edinburgh) Mosaic of 45 deep pointings in ALMA’s band 6 (40h total integration time), mapping 2’ x 2’ Simulations for three different models predictions
Modelling part: predict pair counts etc. in and around mid- to high-z clusters Method: • produce ¡a ¡representaAve ¡mock ¡cluster ¡sample ¡(say ¡100 ¡clusters), using ¡N-‑body ¡simulaAons ¡with ¡constrained ¡iniAal ¡condiAons • also ¡produce ¡a ¡set ¡of ¡unconstrained ¡(‘field’) ¡N-‑body ¡simulaAons • run ¡a ¡phenomenological ¡galaxy ¡formaAon ¡model ¡plus ¡a ¡dust ¡ model ¡to ¡predict ¡conAnuum ¡fluxes ¡in ¡the ¡ALMA ¡bands • build ¡lightcones ¡from ¡the ¡field ¡simulaAons ¡(lining ¡up ¡boxes ¡along ¡ the ¡line ¡of ¡sight), ¡and ¡insert ¡a ¡cluster ¡simulaAon ¡box ¡at ¡the ¡ intended ¡cluster ¡redshiH(s) • find ¡pairs ¡etc. ¡!
ALMA ¡Band ¡4 ¡field ¡lightcone ¡(‘deep ¡field’) ALMA ¡band ¡4, compact ¡configuraAon: ~3” ¡resoluAon (~25 ¡kpc ¡at ¡z=1.7) Field ¡size: ¡15’ ¡x ¡15’ 16
Add ¡cluster ¡at ¡1.7 ALMA ¡band ¡4, compact ¡configuraAon: ~3” ¡resoluAon (~25 ¡kpc ¡at ¡z=1.7) Field ¡size: ¡15’ ¡x ¡15’ 17
z=1.7 ¡cluster ¡sources ¡only ALMA ¡band ¡4, compact ¡configuraAon: ~3” ¡resoluAon (~25 ¡kpc ¡at ¡z=1.7) Field ¡size: ¡15’ ¡x ¡15’ 18
QuesAons, ¡discussion, ¡... 19
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