[論文レビュー] CF-HiZELS, a 10 deg$^2$ emission-line survey with spectroscopic follow-up: Hα, [OIII]+Hβ 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被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、WIRCam/CFHTを用いて10 deg²の近赤外帯域幅狭帯域サーベイであるCF-HiZELSを提示する。このサーベイは、z=0.8、1.4、2.2におけるHα、[OIII]+Hβ、[OII]発光線銀河を特定することを目的としている。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）を組み合わせることで、信頼性の高い光度関数を導出し、5×10⁵ Mpc³未満の体積では宇宙分散が誤差を支配することが判明した。これにより、L*およびφ*の不確実性を10%未満に抑えるには大規模サーベイが必要であることが示された。

ABSTRACT

We present results from the largest contiguous narrow-band survey in the near-infrared. We have used WIRCam/CFHT and the lowOH2 filter (1.187$\pm$0.005 $μ$m) to survey ~10 deg$^2$ of contiguous extragalactic sky in the SA22 field. A total of ~6000 candidate emission-line galaxies are found. We use deep ugrizJK data to obtain robust photometric redshifts. We combine our data with the High-redshift 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 H$α$ emitters at z=0.8, 1343 [OIII]+H$β$ emitters at z=1.4 and 572 [OII] emitters at z=2.2. We probe co-moving volumes of >10$^6$ Mpc$^3$ and find significant over-densities, including an 8.5$σ$ (spectroscopically confirmed) over-density of H$α$ emitters at z=0.81. We derive H$α$, [OIII]+H$β$ and [OII] luminosity functions at z=0.8,1.4,2.2, respectively, and present implications for future surveys such as Euclid. Our uniquely large volumes/areas allow us to sub-divide the samples in thousands of randomised 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%) if they are based on volumes >5x10$^{5}$ Mpc$^{3}$; errors on $L^*$ and $ϕ^*$ due to sample (cosmic) variance on surveys probing ~10$^4$ Mpc$^{3}$ and ~10$^5$ Mpc$^{3}$ are typically very high: ~300% and ~40-60%, respectively.

研究の動機と目的

• 大規模で連続した発光線サーベイを用いて、z=0.8、1.4、2.2におけるHα、[OIII]+Hβ、[OII]の光度関数を測定すること。
• 高赤方偏移銀河サーベイにおける発光線関数測定に及ぼす宇宙分散の影響を評価すること。
• 星形成歴および銀河進化の理解を向上させるために、スペクトロスコピックに確認された信頼性の高い発光線銀河サンプルを提供すること。
• 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サーベイ体積を特定すること。
• Euclidのような将来の広域サーベイを支援するため、サンプル分散および線発光体密度に関する実証的制約を確立すること。

提案手法

• WIRCam/CFHTに搭載されたlowOH2フィルタ（1.187±0.005 μm）を用いて、Hα、[OIII]+Hβ、[OII]発光線を中心にした10 deg²の帯域幅狭帯域サーベイを実施すること。
• u、g、r、i、z、J、Kの深さのある光度測定を組み合わせ、約6,000件の発光線候補に対して信頼性の高い光度赤方偏移を導出すること。
• 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を実施し、赤方偏移の確認と発光線発光体の同定を実施すること。
• スペクトロスコピックに確認されたサンプルを用いて、z=0.8、1.4、2.2におけるHα、[OIII]+Hβ、[OII]の光度関数を導出すること。
• 大規模サーベイ体積をランダムに分割した領域の組み合わせに分け、サンプル分散および宇宙分散を実証的に測定すること。
• 得られた分散測定値を基に、L*およびφ*の誤差を10%未満に抑えるために必要な最小体積を特定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大規模で連続したサーベイ体積において、z=0.8、1.4、2.2におけるHα、[OIII]+Hβ、[OII]の光度関数は何か？
• RQ2 異なる体積を持つ高赤方偏移発光線銀河サーベイにおける光度関数測定に、宇宙分散がどの程度顕著に影響を及ぼすか？
• RQ3 発光線銀河サーベイにおいて、L*およびφ*の宇宙分散を10%未満に抑えるために必要な最小共動体積は何か？
• RQ4 近赤外域λ≈1.2 μm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？
• RQ5 例えばz=0.81における8.5σのHα発光体の過剰密度のような、発光体の過剰な集積が光度関数測定にどの程度影響を及えるか？

主な発見

• サーベイは、z=0.8における3,471個のHα発光体、z=1.4における1,343個の[OIII]+Hβ発光体、z=2.2における572個の[OII]発光体を同定した。共動体積は10⁶ Mpc³を超えていた。
• z=0.81における顕著な8.5σのHα発光体過剰密度が確認され、平均に比べて数密度が約10倍に達しており、豊富な繊維状構造であることが示された。
• z≈0.8におけるフラックス>3×10⁻¹⁶ erg s⁻¹のHα発光体の原始的観測数密度は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倍低い密度であった。
• 宇宙分散が光度関数測定の誤差を支配しており、サーベイ体積が約10⁴ Mpc³の場合、L*およびφ*の誤差は300%を超えた。10⁵ Mpc³の場合、誤差は40–60%に達した。
• 本研究では、L*およびφ*の誤差を10%未満に抑えるには、サーベイが5×10⁵ Mpc³を超える体積をカバーする必要があることが示された。それ未満の体積では、宇宙分散がL*の測定を不可能にする。
• 計画中のEuclid広域サーベイでは、λ≈1.2 μmにおける発光体の約70–80%がHα発光体であると予想され、残りは[OIII]+Hβおよび[OII]発光体が占める。