[論文レビュー] Deep Low-Frequency Radio Observations of the NOAO Bootes Field: I. Data Reduction and Catalog Construction

H. T. Intema, R. J. van Weeren+2 more|Sep 27, 2011

Radio Astronomy Observations and Technology参考文献 58被引用数 43

ひとこと要約

本論文は、GMRTを用いてNOAO Bootes領域における深さの高い153 MHz帯の電波観測を実施し、中央ノイズレベル1.0 mJy beam⁻¹を達成し、10 mJy以上の源に対して92%の完全性を持つ598個の源から成るカタログを構築した。この調査では、低フラックスで源数の増加が見られないこと、ややきついスペクトル指数の傾きがより弱い源に向け平坦化する傾向が確認された。また、16個の超急勾配スペクトル源を同定し、古典的で電波が明るいAGNが支配的であり、高赤方偏移の電波が明るい銀河の可能性があることを示唆している。

ABSTRACT

In this article we present deep, high-resolution radio interferometric observations at 153 MHz to complement the extensively studied NOAO Bootes field. We provide a description of the observations, data reduction and source catalog construction. From our single pointing GMRT observation of ~12 hours we obtain a high-resolution (26" x 22") image of ~11.3 square degrees, fully covering the Bootes field region and beyond. The image has a central noise level of ~1.0 mJy/beam, which rises to 2.0-2.5 mJy/beam at the field edge, placing it amongst the deepest ~150 MHz surveys to date. The catalog of 598 extracted sources is estimated to be ~92 percent complete for >10 mJy sources, while the estimated contamination with false detections is <1 percent. The low RMS position uncertainty of 1.24" facilitates accurate matching against catalogs at optical, infrared and other wavelengths. Differential source counts are determined down to

研究の動機と目的

• 153 MHz帯における深く高分解能の低周波数電波観測を実施し、よく研究されているNOAO Bootes領域の微弱な電波源集団を調査すること。
• 多波長クロス識別に適した正確な放射度および位置測定値を有する信頼性の高い高精度な源カタログを構築すること。
• 特に超急勾配スペクトル源の割合と、それらが高赤方偏移の電波が明るいAGNと関連している可能性を調査すること。
• スペクトル指数の分布とその放射度の変化に伴う進化を決定し、源集団の進化モデルを検証すること。
• 光学、赤外、より高い周波数帯の電波データと比較可能な高感度・高分解能の電波カタログを提供することで、将来的な多波長研究を可能にすること。

提案手法

• 12時間程度の単一ポイント観測を、巨大メトゥル波電波望遠鏡（GMRT）を用いて153 MHzで実施した。
• 自己校正、方向依存校正、RFI低減処理を用いた高度なデータ還元により、26'' × 22''の分解能と1.0 mJy beam⁻¹の中央ノイズレベルを達成した。
• 5σ以上の有意性を持つ源を同定するために、源抽出ツールBDSMを用いた。放射度は3.9 Jyから5.1 mJyの範囲にわたった。
• シミュレーションとノイズ統計を用いて、源の完全性と汚染率を計算し、10 mJy以上の源に対して92%の完全性と1%未満の誤検出率を推定した。
• 1.4 GHzデータとの照合により、417個の源のスペクトル指数を計算し、16個の源がα < -1.3（超急勾配スペクトル）に該当することを同定した。
• 微分源数分布とスペクトル指数分布を分析し、理論的モデルおよび過去の調査と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 153 MHz帯で約10 mJyまで低下した場合の微分源数分布の形状は何か？また、より高い周波数帯で観測されたように、低フラックスで平坦化が見られるか？
• RQ2 本調査における超急勾配スペクトル源（α < -1.3）の割合は何か？また、それらの空間的分布はランダムな期待と比較してどう異なるか？
• RQ3 153 MHzのフラックス密度が低下するに従って、スペクトル指数分布はどのように変化するか？また、より弱いフラックスで中央スペクトル指数が平坦化するという既知の傾向が確認されるか？
• RQ4 電波スペクトル指数と近赤外（K_Sバンド）での検出率の相関関係は何か？また、赤方偏移や源の種別とどのように関連しているか？
• RQ5 本調査は、急勾配スペクトルと多波長的性質を示す源を用いて、高赤方偏移の電波が明るいAGNや銀河団の痕跡を候補として同定できるか？

主な発見

• 本調査は、中央ノイズレベル1.0 mJy beam⁻¹および26'' × 22''の分解能を達成し、これまでで最も深い153 MHz調査の一つとなった。
• 源カタログには598個の源が含まれており、10 mJy以上の源に対して92%の完全性を示し、誤検出率は1%未満であった。
• 微分源数分布は、10 mJyから1 Jyの範囲で単一の累乗則勾配0.91でよく記述され、最低フラックスで平坦化の兆候は認められなかった。
• 153 MHzおよび1.4 GHzの放射度を持つ417個の源の中央スペクトル指数は-0.76であり、153 MHzのフラックス密度が低下するに従って中央スペクトル指数が平坦化する傾向が確認され、より高い周波数帯での傾向と整合的であった。
• 16個の超急勾配スペクトル源（α < -1.3）のうち6個が、6弧分未満の距離で近接したペアを形成しており、物理的関連性や環境クラスタリングを示唆する非ランダムな空間的分布である可能性がある。
• K_Sバンドでの検出率は、α > -0.7の源では約70%から、α < -0.7の源では約30%に低下し、急勾配スペクトル、高赤方偏移、光学／赤外線での検出困難性の既知の相関関係が確認された。