[論文レビュー] A wide field survey at the Northern Ecliptic Pole: II. Number counts and galaxy colours in B_j, R, and K

M. Kuemmel, S. J. Wagner|ArXiv.org|Feb 2, 2001

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 37被引用数 29

ひとこと要約

本研究では、北黄道極領域においてB_j、R、Kバンドで中程度の深さの広視野サーベイを実施し、1平方度の領域をそれぞれ24.25、23.0、17.5マグネチューの深さまでカバーした。このサーベイは、明るさが増加するに従いR-K色に顕著な赤化傾向を示すことが判明したが、光学的B_j-R色の再現は良好であるにもかかわらず、標準的銀河進化モデルではこれを再現できない。これは、微弱銀河の近赤外色進化をモデル化する上で根本的な課題を示している。

ABSTRACT

We present a medium deep survey carried out in the three filters B_j, R and K. The survey covers homogeneously the central square degree around the Northern Ecliptic Pole (NEP) down to a completeness limit of 24.25, 23.0 and 17.5mag in B_j, R and K, respectively. While the near infrared data have been presented in the first paper of this series, here we concentrate on the optical data and the results based on the combined B_jRK-data. The unique combination of area and depth in our survey allows to perform a variety of investigations based on homogeneous material covering more than ten magnitudes in apparent brightness. We analyze the number counts for point-like and extended sources in B_j and R to determine the slopes in dlogN/dm and to test for possible breaks therein. While we can confirm the slopes found in previous works with a higher statistical significance, the largest uncertainty remaining for the amplitudes is galactic extinction. We determine the colour distributions of galaxies in B_j-R and R-K down to B_j=24.0 and K=18.0mag, respectively. The distributions in both colours are modeled using galaxy spectral evolution synthesis. We demonstrate that the standard models of galaxy evolution are unable to reproduce the steady reddening trend in R-K despite flawless fits to the colour distributions in the optical (B_j-R). The B_jRK data collected over a large area provides the opportunity to select rare objects like candidates for high-redshift galaxies and extremely red objects (EROs, R-K>5.0) and to determine their surface density. Our EROs are selected at an intermediate magnitude range and contain contribution from both galactic as well as extragalactic sources. At K<16.5mag, where a morphological classification is possible, the stellar component dominates the sample.

研究の動機と目的

• 光学的および近赤外バンドにおける均一で深い photometric データを取得し、銀河の数密度および色の統計的分析を可能にする。
• 標準的銀河進化モデルが、10マグネチューの動的範囲にわたるB_j-RおよびR-K色分布を再現できるかどうかを検証すること。
• 極めて赤い対象（EROs、R-K > 5.0マグネチュー）の表面密度を特定し、銀河の星と高赤方偏移銀河の寄与を評価すること。
• 明るさが増加するに従いR-K色が赤くなる観測された赤化傾向の原因を解明すること、特に微弱な明るさでの傾向に注目する。
• 現在のスペクトル進化合成モデルが、深さのあるサーベイからの多バンド色データをフィットする際の限界を評価すること。

提案手法

• ドイツ・スペイン共同天文台が運用するカラホの観測所を用いて、北黄道極周辺の1平方度をカバーする広視野サーベイを実施。
• 点状および拡張源の両方の対象についてB_jおよびRバンドでの対象数密度を測定し、dlogN/dmの傾きを求めるためにべき乗則をフィット。
• 明るさの範囲が10マグネチューにわたるサンプルから、B_j-RおよびR-Kの銀河色分布を導出。B_j = 24.0マグネチュー、K = 18.0マグネチューまで到達。
• スペクトルエネルギー分布（SED）合成モデルを用いて、光度進化および銀河タイプの混合を含むさまざまな進化シナリオにおける銀河色をシミュレート。
• K < 16.5マグネチューでの形態分類を用いて、EROサンプル内の星と銀河を区別。
• 観測された色分布とモデル予測を比較し、R-K色進化における不一致を特定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準的銀河進化モデルは、Kマグネチューの10マグネチュー範囲にわたる観測されたR-K色分布を再現できるか？
• RQ2 なぜ銀河のR-K色は明るさが増加するに従い系に赤くなるのに対し、B_j-R色はほとんど一定または青くなるのか？
• RQ3 K ≈ 17.5マグネチューにおける極めて赤い対象（R-K > 5.0マグネチュー）のうち、何パーセントが銀河の星であり、何パーセントが高赤方偏移銀河であるか？
• RQ4 銀河の減光および赤化補正の不確実性が、数密度べき乗則フィットの振幅にどの程度影響を与えるか？
• RQ5 明るさが増加するに従いR-K色が赤くなる観測された傾向は、光度進化または集団年齢勾配のモデルと整合するか？

主な発見

• B_jおよびRバンドの数密度勾配は高い統計的有意性で確認され、それぞれdlogN/dm ≈ 0.48および0.37であったが、振幅の不確実性は依然として銀河減光に支配されている。
• B_j-R色分布はB_j = 22.3マグネチューまでほぼ一定であったが、より微弱な明るさになると青くなる傾向を示し、微弱青銀河の出現を示している。
• R-K色分布には顕著な赤化傾向が認められ、K = 12マグネチューでR-K = 2.6からK = 17.8マグネチューでR-K = 3.8にまで増加しており、明るさに伴う系統的進化を示している。
• テストされた2つの銀河進化モデルのいずれも、観測されたR-K色傾向を全範囲で再現できない。一方は明るい端ではうまくいくが、微弱な明るさではあまりに青くなりすぎる。もう一方は微弱な端ではうまくいくが、明るい端ではあまりに青くなる。
• K = 17.5マグネチューにおけるERO（R-K > 5.0マグネチュー）の表面密度は、K = 20.0マグネチューからわずか4倍にしか減少せず、銀河の星の寄与が顕著であるか、EROの数密度低下が平坦化している可能性を示唆している。
• 観測されたR-K色進化は、最適化された銀河タイプの混合や光度関数パラメータを用いても、標準的モデルでは説明できない。これは、現在の進化フレームワークに根本的な限界があることを示している。