[論文レビュー] CF-HiZELS, a 10 deg$^2$ emission-line survey with spectroscopic follow-up: H\alpha, [OIII]+H\beta\ and [OII] luminosity functions at z=0.8, 1.4 and 2.2

David Sobral, Jorryt Matthee+9 more|arXiv (Cornell University)|Feb 23, 2015

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 4被引用数 6

ひとこと要約

本研究は、WIRCam/CFHTを用い、lowOH2フィルタを用いて、Hα、[OIII]+Hβ、[OII]発光線銀河を特定する、これまでで最大の連続した近赤外帯域スクリーニング、CF-HiZELSを提示している。深さのある光度測定と広範なスペクトロスコピックフォローアップ（KMOS、FMOS、MOSFIRE）により、z = 0.8、1.4、2.2におけるHα、[OIII]+Hβ、[OII]の光度関数を確実に導出し、体積が5×10⁵ Mpc³未満の領域では宇宙分散が支配的であり、この閾値を超える必要がある。そうでない場合、誤差は10%を超える。

ABSTRACT

We present results from the largest contiguous narrow-band survey in the near-infrared. We have used the wide-field infrared camera/Canada–France–Hawaii Telescope and the lowOH2 filter (1.187 ± 0.005 μm) to survey ≈10 deg2 of contiguous extragalactic sky in the SA22 field. A total of ∼6000 candidate emission-line galaxies are found. We use deep <it>ugrizJK</it> data to obtain robust photometric redshifts. We combine our data with the High-redshift(Z) Emission Line Survey (HiZELS), explore spectroscopic surveys (VVDS, VIPERS) and obtain our own spectroscopic follow-up with KMOS, FMOS and MOSFIRE to derive large samples of high-redshift emission-line selected galaxies: 3471 Hα emitters at <it>z</it> = 0.8, 1343 [O <scp>iii</scp>] + Hβ emitters at <it>z</it> = 1.4 and 572 [O <scp>ii</scp>] emitters at <it>z</it> = 2.2. We probe comoving volumes of >106 Mpc3 and find significant overdensities, including an 8.5σ (spectroscopically confirmed) overdensity of Hα emitters at <it>z</it> = 0.81. We derive Hα, [O <scp>iii</scp>] + Hβ and [O <scp>ii</scp>] luminosity functions at <it>z</it> = 0.8, 1.4, 2.2, respectively, and present implications for future surveys such as <it>Euclid</it>. Our uniquely large volumes/areas allow us to subdivide the samples in thousands of randomized combinations of areas and provide a robust empirical measurement of sample/cosmic variance. We show that surveys for star-forming/emission-line galaxies at a depth similar to ours can only overcome cosmic-variance (errors <10 per cent) if they are based on volumes >5 × 105 Mpc3; errors on <it>L</it>* and φ* due to sample (cosmic) variance on surveys probing ∼104 and ∼105 Mpc3 are typically very high: ∼300 and ∼40–60 per cent, respectively.

研究の動機と目的

• 連続した大規模なスクリーニングを用いて、z = 0.8、1.4、2.2におけるHα、[OIII]+Hβ、[OII]発光線銀河の光度関数を測定すること。
• 高赤方偏移銀河スクリーニングにおける宇宙分散が光度関数測定に与える影響を評価すること。
• サンプル／宇宙分散に起因するL*およびφ*の測定誤差を10%未満に抑えるために必要な最小体積を実証的に制約すること。
• 特にz ≈ 0.81におけるHα発光体の大型大規模構造の過密度を特定・特徴づけること。
• 将来の大規模スクリーニング（例：Euclid）の設計と解釈を支援するため、近赤外波長域における発光体密度と選別効率を定量化すること。

提案手法

• WIRCam/CFHTにlowOH2フィルタ（1.187 ± 0.005 µm）を用いて、SA22領域で10 deg²の帯域スクリーニングを実施し、Hα、[OIII]+Hβ、[OII]発光線銀河を検出する。
• u g r i z J Kの深さのある光度測定と組み合わせ、約6,000個の発光線銀河候補の確実な赤方偏移を導出する。
• KMOS、FMOS、MOSFIREを用いた広範なスペクトロスコピックフォローアップにより、赤方偏移の確認と発光線の分類を実施し、z = 0.8で3,471個のHα発光体、z = 1.4で1,343個の[OIII]+Hβ発光体、z = 2.2で572個の[OII]発光体を確認した。
• 大規模なスクリーニング体積（>10⁶ Mpc³）を用い、数千のランダムな領域組み合わせにサンプルを分割することで、サンプル分散および宇宙分散を実証的に測定した。
• C-STAT法を用いて光度関数をフィットし、宇宙分散を考慮した誤差を伴うL*およびφ*を導出した。
• 異なる発光線発光体の観測数密度を比較し、将来のスクリーニング（例：Euclid）における発光体の内容を予測した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スペクトロスコピック確認が得られた大規模連続スクリーニングにおいて、z = 0.8、1.4、2.2におけるHα、[OIII]+Hβ、[OII]の光度関数は何か？
• RQ2 高赤方偏移発光線銀河スクリーニングにおけるL*およびφ*の測定に、宇宙分散が与える影響は何か？
• RQ3 宇宙分散に起因する光度関数パラメータの誤差を10%未満に抑えるために必要な最小共動体積は何か？
• RQ4 発光線銀河の大型大規模過密度は顕著に存在するか？その性質と赤方偏移分布は何か？
• RQ5 近赤外波長域におけるHα、[OIII]+Hβ、[OII]発光体の数密度はどのように比較されるか？また、λ ≈ 1.2 µmにおける発光体のうち、Hα発光体はどれくらいの割合を占めるか？

主な発見

• スペクトロスコピック確認がすべてのサンプルで得られ、z = 0.8で3,471個のHα発光体、z = 1.4で1,343個の[OIII]+Hβ発光体、z = 2.2で572個の[OII]発光体が同定された。
• z = 0.81で8.5σの過密度が検出され、平均に比べて数密度が約10倍高く、豊富なフィラメント構造に一致する。
• λ ≈ 1.2 µmにおけるHα発光体の原始観測数密度は3×10⁻¹⁶ erg s⁻¹以上のフラックスを持つ場合で8.66×10⁻⁵ Mpc⁻³であり、[OIII]+Hβおよび[OII]発光体はそれぞれ5倍および30倍低い密度である。
• 体積が5×10⁵ Mpc³未満のスクリーニングでは、宇宙分散によりL*およびφ*の誤差が10%を超える。体積が約10⁴ Mpc³および約10⁵ Mpc³のスクリーニングでは、誤差がそれぞれ約300%および約40–60%に達する。
• 体積が10⁵ Mpc³未満ではL*は完全に決定不能であり、大規模な体積ではφ*が宇宙分散の影響を最も強く受けるパラメータである。
• Euclidワイドスクリーニングでは、λ ≈ 1.2 µmにおける発光体のうち、約70–80%がHα発光体、約12%が[OIII]+Hβ発光体、約3%が[OII]発光体であり、残りはよりまれな発光線であると予測される。