[論文レビュー] A Submillimetre Survey of the Hubble Deep Field: Unveiling Dust-Enshrouded Star Formation in the Early Universe

D. H. Hughes, J. S. Dunlop+12 more|arXiv (Cornell University)|Oct 18, 1998

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、JCMTのSCUBA機器を用いた、ハッブル・ディープフィールドにおけるこれまでで最も深いサブミリメートル波長の調査を提示しており、遠方の銀河におけるダストに包まれた星形成を明らかにした。850 μmで2 mJy以上のfluxを持つ5つの信頼性の高いサブミリ波長源を同定し、これらが未解明のサブミリ波長背景の30–50％を占めていることを示し、赤方偏移2–4における星形成密度が、紫外線観測から推定される値の少なくとも5倍以上であることを示唆している。

ABSTRACT

The advent of sensitive sub-mm array cameras now allows a proper census of dust-enshrouded massive star-formation in very distant galaxies, previously hidden activity to which even the deepest optical images are insensitive. We present the deepest sub-mm survey, taken with the SCUBA camera on the James Clerk Maxwell Telescope (JCMT) and centred on the Hubble Deep Field (HDF). The high source density on this image implies that the survey is confusion-limited below a flux density of 2 mJy. However within the central 80 arcsec radius independent analyses yield 5 reproducible sources with S(850um) > 2 mJy which simulations indicate can be ascribed to individual galaxies. These data lead to integral source counts which are completely inconsistent with a no evolution model, whilst the combined brightness of the 5 most secure sources in our map is sufficient to account for 30-50% of the previously unresolved sub-mm background, and statistically the entire background is resolved at about the 0.3 mJy level. Four of the five brightest sources appear to be associated with galaxies which lie in the redshift range 2 < z < 4. With the caveat that this is a small sample of sources detected in a small survey area, these submm data imply a star-formation density over this redshift range that is at least five times higher than that inferred from the rest-frame ultraviolet output of HDF galaxies.

研究の動機と目的

• 光学的調査では検出できなかった、初期宇宙におけるダストに包まれた星形成を調べること。
• 深さのある領域におけるサブミリ波長源のカウントを測定し、宇宙的サブミリ波長背景への寄与を評価すること。
• 観測されたサブミリ波長放射が個々の高赤方偏移銀河に起因するかどうかを特定すること。
• ハッブル・ディープフィールドにおけるサブミリ波長データから推定される星形成率密度を、同領域のリスツフレーム紫外線出力から導出された値と比較すること。
• 観測された源カウントが、銀河形成の「進化なし」モデルと矛盾しないかどうかを検証すること。

提案手法

• ジェームズ・クリーク・マクスウェル望遠鏡（JCMT）に搭載されたSCUBAカメラを用いて、850 μmでの深さあるサブミリ波長調査を実施した。
• 混信ノイズを最小限に抑えるために、ハッブル・ディープフィールドの中心80角秒領域に焦点を当てた。
• 独立した源抽出と検証を実施し、2 mJy以上の信頼性の高い源を同定した。
• シミュレーションを用いて、源検出の信頼性と調査における混信の度合いを評価した。
• 5つの最も信頼性の高い源の輝度密度を合算し、銀河間サブミリ波長背景への寄与を推定した。
• 観測された源カウントを「進化なし」モデルの予測と比較し、サブミリ波長源における宇宙的進化の有無を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 サブミリ波長観測によって明らかにされた、初期宇宙におけるダストに包まれた星形成のレベルはどの程度か？
• RQ2 検出されたサブミリ波長源は、これまで未解明の宇宙的サブミリ波長背景のどの程度を占めているか？
• RQ3 ハッブル・ディープフィールド内のサブミリ波長源は高赤方偏移銀河に関連しているか？その赤方偏移分布はどのようなものか？
• RQ4 サブミリ波長データから推定される星形成率密度は、同領域のリスツフレーム紫外線放射から導出される値と比べてどの程度か？
• RQ5 観測されたサブミリ波長源カウント分布は、「進化なし」モデルと矛盾しているか？

主な発見

• ハッブル・ディープフィールドの中心80角秒領域内に、2 mJy以上のfluxを持つ5つの信頼性の高いサブミリ波長源が検出された。
• 5つの最も明るい源の輝度を合算した結果、それらがこれまで未解明のサブミリ波長背景の30–50％を占めていることが判明した。
• 統計的解析により、宇宙的サブミリ波長背景は、約0.3 mJyの輝度密度レベルで解明可能であると示された。
• 5つの明るい源のうち4つは、赤方偏移2 < z < 4の銀河に関連しており、初期宇宙における活発な星形成を示している。
• 赤方偏移2 < z < 4の範囲における星形成率密度は、HDF銀河のリスツフレーム紫外線出力から導出される値の少なくとも5倍以上高いと推定された。
• 観測されたサブミリ波長源カウントは、「進化なし」モデルと矛盾しており、ダストに包まれた星形成における強い宇宙的進化が示唆された。