[論文レビュー] CALIFA, the Calar Alto Legacy Integral Field Area survey: Early Report

S. F. Sánchez, Robert C. Kennicutt+9 more|arXiv (Cornell University)|Dec 14, 2010

Planetary Science and Exploration被引用数 3

ひとこと要約

CALIFAは、カラホ3.5m望遠鏡のPPAK/PMAS統合場単位を用いて、約600個の近傍銀河を対象とした大規模で空間分解能のある分光調査である。銀河の全光学的領域にわたり、星族、電離ガスの励起状態と組成、および運動学の2次元マップを提供し、多様な形態と環境を有する銀河の進化を、前例のない一貫性のある分析が可能となる。

ABSTRACT

We present the Calar Alto Legacy Integral Field Area survey (CALIFA). CALIFA's main aim is to obtain spatially resolved spectroscopic information for ~600 galaxies of all Hubble types in the Local Universe (0.005< z <0.03). The survey has been designed to allow three key measurements to be made: (a) Two-dimensional maps of stellar populations (star formation histories, chemical elements); (b) The distribution of the excitation mechanism and element abundances of the ionized gas; and (c) Kinematic properties (velocity fields, velocity dispersion), both from emission and from absorption lines. To cover the full optical extension of the target galaxies (i.e. out to a 3sigma depth of ~23 mag/arcsec2), CALIFA uses the exceptionally large field of view of the PPAK/PMAS IFU at the 3.5m telescope of the Calar Alto observatory. We use two grating setups, one covering the wavelength range between 3700 and 5000 AA at a spectral resolution R~1650, and the other covering 4300 to 7000 AA at R~850. The survey was allocated 210 dark nights, distributed in 6 semesters and starting in July 2010 and is carried out by the CALIFA collaboration, comprising ~70 astronomers from 8 different countries. As a legacy survey, the fully reduced data will be made publically available, once their quality has been verified. We showcase here early results obtained from the data taken so far (21 galaxies).

研究の動機と目的

• 銀河の全発光領域にわたる空間分解分光を提供することで、単一ファイバーおよび画像調査の限界を克服すること。
• すべてのハッブル型と環境的条件をカバーすることで、局所宇宙における銀河多様性の統計的に信頼性が高く一貫性のある分析を可能にすること。
• 星形成歴、金属率、運動学などの内部特性をマッピングすることで、銀河進化における「遺伝」対「環境」の論争を解明すること。
• 赤系列対青クラウドの二重性銀河集団の起源と「緑の谷」に位置する銀河の性質を、空間分解診断を用いて分析すること。
• 科学コミュニティが利用可能な完全に還元済みのデータを公開することで、長期的有用性と再現可能性を確保するレガシーデータセットを構築すること。

提案手法

• 観測は、カラホ天文台の3.5m望遠鏡に搭載されたPPAK/PMAS統合場分光計を用い、銀河全体の領域をカバーするため1アングストローム2以上（>1 arcmin²）の視野を有する。
• 2種類のグレーティング設定を用いる：1つはR ~ 1650で3700–5000 Åをカバーし、もう1つはR ~ 850で4300–7000 Åをカバーする。これにより広帯域分光カバーが確保される。
• R3DおよびE3Dツールに基づく完全自動化された還元パイプラインを採用し、人為的介入なしに一貫性のあるデータ処理を実現する。
• 科学的製品は、FIT3Dフィッティング手順を用いて、吸収線および発光線の両方から星族パラメータ、イオン化診断（例：[NII]/Hα）、運動学マップを抽出する。
• サンプルはSDSS DR7から選定され、角度直径が45′′ < D25 < 80′′、赤方偏移が0.005 < z < 0.03の範囲にある。これにより、約1000個の銀河から成る代表的で多様なサンプルが得られる。
• 最終的な観測サンプルは、母集団からの可視性に基づくランダムサブサンプルであり、統計的妥当性と最小限の選択バイアスを確保する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 局所宇宙に存在する代表的銀河サンプルにおいて、空間分解された星形成歴と化学組成勾配はどのように変化するか？
• RQ2 HII領域、AGN、衝撃波などの電離ガスの励起機構は、異なる銀河タイプや形態によってどのように変化するか？
• RQ3 星および電離ガスの運動学的性質（速度場、ドリフト速度分散）は、銀河の構造と進化とどのように関係しているか？
• RQ4 [NII]/Hαやその他の発光線比の分布は、銀河内で星形成領域、静止領域、AGN支配領域の遷移をどのようにトレースするか？
• RQ5 空間分解分光によって明らかになるように、内部プロセス（例：定常的進化）と外部プロセス（例：合体、環境）の両方が、観測された銀河の性質に及ぼす影響の程度はどの程度か？

主な発見

• CALIFA調査は初期段階で21個の銀河についてデータを正常に取得・還元し、大規模かつ一貫性のあるIFU調査の実現可能性を示した。
• 初回のデータ製品には、星族の性質、電離ガスの励起状態（例：[NII]/Hα）、運動学の2次元マップが含まれ、全3σ表面等級限界（μ ~ 23 mag/arcsec²）をカバーする空間分解能を持つ。
• 空間分解診断では明確な差が観察された：早期型銀河は低[ NII ]/Hαと弱い発光（静止状態）を示し、晩期型および星形成銀河は広がったHα発光と高い[ NII ]/Hα比を示した。
• AGN支配銀河は、中心部に集中した高い[ NII ]/Hα比（>1）を示し、強い中心部イオン化を示した。
• 自動パイプラインにより、サンプル全体にわたって一貫性があり高品質なデータ還元が達成され、多様な銀河タイプ間での信頼性ある比較が可能となった。
• 調査設計により、対象銀河の光学的領域を完全にカバーすることができ、これは過去のIFU調査に比べ、視野が限られていた点での重要な進歩である。