[論文レビュー] A JVLA 10~degree^2 deep survey

M. J. Jarvis, S. Bhatnagar+11 more|arXiv (Cornell University)|Jan 16, 2014

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 3被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、1.5 µJyの感度を達成するため、Lバンド（1–2 GHz）で10平方度の深さのある電波サーベイをカール・ジャンスキー・ヴァリィ・レージオアレイ（JVLA）を用いて実施することを提案している。これにより、z ~ 1までの星形成銀河およびz ~ 6までの明るい赤外銀河の検出が可能となる。サーベイは、全ストークスの偏光およびスペクトル線能力を備えており、宇宙時間にわたる星形成およびAGN活動の包括的把握を可能にし、宇宙分散の影響を低減するとともに、高度な方向依存キャリブレーション技術を用いて高ダイナミックレンジイメージングを実現する。

ABSTRACT

(Abridged)One of the fundamental challenges for astrophysics in the 21st century is finding a way to untangle the physical processes that govern galaxy formation and evolution. Given the importance and scope of this problem, the multi-wavelength astronomical community has used the past decade to build up a wealth of information over specific extragalactic deep fields to address key questions in galaxy formation and evolution. These fields generally cover at least 10square degrees to facilitate the investigation of the rarest, typically most massive, galaxies and AGN. Furthermore, such areal coverage allows the environments to be fully accounted for, thereby linking the single halo to the two-halo terms in the halo occupation distribution. Surveys at radio wavelengths have begun to lag behind those at other wavelengths, especially in this medium-deep survey tier. However, the survey speed offered by the JVLA means that we can now reach a point where we can begin to obtain commensurate data at radio wavelengths to those which already exists from the X-ray through to the far-infrared over ~10 square degrees. We therefore present the case for a 10 square degree survey to 1.5uJy at L-band in A or B Array, requiring ~4000 hours to provide census of star-formation and AGN-accretion activity in the Universe. For example, the observations will allow galaxies forming stars at 10Msolar/yr to be detected out to z~1 and luminous infrared galaxies (1000Msolar/yr to be found out to z~6. Furthermore, the survey area ensures that we will have enough cosmic volume to find these rare sources at all epochs. The bandwidth will allow us to determine the polarisation properties galaxies in the high-redshift Universe as a function of stellar mass, morphology and redshift.

研究の動機と目的

• 現在の深さと広域性に欠ける電波サーベイの不足を補うために、宇宙時間にわたる星形成およびAGN活動を検出可能な10 deg²のサーベイを提供すること。
• 十分な体積をカバーすることで、宇宙分散の影響を最小限に抑えることにより、レアで高赤方偏移の銀河およびAGNを含む、電波が強い源の包括的把握を可能にすること。
• 高度な方向依存キャリブレーションおよびAプロジェクション技術を用いて、ストークスI、Q、U、Vにおける高ダイナミックレンジイメージングを達成すること。
• COSMOS、XMM-LSS、ECDFSなどの既存の多波長サーベイと併用可能な共存的電波データセットを提供し、バンド跨ぎ分析を可能にすること。
• Radio Galaxy Zooなどの将来的な市民科学イニシャチブを支援するため、高赤方偏移の電波源カタログを提供すること。

提案手法

• Lバンド（1–2 GHz）で10 deg²の領域をカバーする深さのあるJVLAサーベイを実施し、1.5 µJy/ビームの目標感度を達成する。
• CASA内でのAプロジェクションキャリブレーションを用い、周波数依存のオフアックス複素ゲインおよび偏光漏れを方位角に応じて補正する。
• MeqTreesおよびHPC最適化パイプラインを用いた方向依存キャリブレーションを適用し、強力な電波源および sidelobes に起因するアーティファクトを低減する。
• 全ストークス、全帯域幅データを用いて複数のポイントをモザイク化し、熱雑音制限のイメージングを実現する。
• XMM-LSS や ECDFS のようなフィールドで既に得られている深さのある光学およびX線データを活用し、対応特定および環境研究を可能にする。
• Radio Galaxy Zoo などの市民科学プラットフォームにサーベイデータを統合し、源の形態および赤方偏移の特徴付けを可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 星形成銀河およびAGNの電波発光関数の完全な進化は、z = 0 から z = 6 にかけてどのように変化するか？
• RQ2 星形成率密度は宇宙時間にわたってどのように進化し、銀河の環境および形態とどのように相関するか？
• RQ3 高赤方偏移銀河の偏光特性は、星の質量、形態、赤方偏移に応じてどのように変化するか？
• RQ4 方向依存キャリブレーション技術を用いることで、複雑で源が豊富なフィールドで300万:1を超えるダイナミックレンジをどのように達成できるか？
• RQ5 10 deg²の深さのある電波サーベイは、希少で質量の大きな銀河およびAGNを検出する際に、宇宙分散の影響をどの程度低減できるか？

主な発見

• サーベイは、z ~ 1までの星形成銀河（10 M⊙ yr⁻¹）およびz ~ 6までの明るい赤外銀河（1000 M⊙ yr⁻¹）を検出可能となり、高活動源の包括的把握が可能となる。
• 4000時間の積算により、Lバンドで1.5 µJyの感度に到達し、宇宙時間にわたる電波発光関数の微弱な端末部を調査可能となる。
• Aプロジェクションを用いた方向依存キャリブレーションにより、最大3,200,000:1のダイナミックレンジが達成され、強力な電波源および sidelobes に起因するPSFに類似したアーティファクトが排除される。
• サーベイは全ストークス、全帯域幅のイメージングを提供し、質量および形態に応じた高赤方偏移銀河の偏光研究が可能となる。
• 10 deg²の面積により、希少で質量の大きな銀河およびAGNを全赤方偏移で検出可能な十分な宇宙体積をカバーし、宇宙分散の影響を最小限に抑える。
• サーベイ領域（XMM-LSSおよびECDFS）は、既に深さのある多波長データが存在するため、対応特定および環境分析が信頼性高く実施可能である。