[論文レビュー] Extragalactic background light inferred from AEGIS galaxy SED-type fractions

A. Dominguez, Joel R. Primack+16 more|arXiv (Cornell University)|Mar 15, 2011

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 47

ひとこと要約

本稿では、AEGIS調査（z = 0.2–1）における約6,000個の銀河のSEDタイプ割合を用いて、0.1〜1000 µmの範囲で時間的に変化する銀河間背景光（EBL）スペクトルを観測に基づいて推定する新規な手法を提示する。非特異的Kバンド光度関数と多波長SED分類を組み合わせ、SEDタイプ割合をより高い赤方偏移にまで外挿することで、UVから中赤外域にわたるEBLが銀河数の下限と高い一貫性を持つことが示され、VHEガンマ線分析におけるEBL仮定の影響ではなく、遠赤外線モデリングの不確実性が現在のEBL不確実性の主因であることが明らかになった。

ABSTRACT

The extragalactic background light (EBL) is of fundamental importance both for understanding the entire process of galaxy evolution and for gamma-ray astronomy. However, the overall spectrum of the EBL between 0.1 and 1000 microns has never been determined directly neither from observed luminosity functions (LFs), over a wide redshift range, nor from any multiwavelength observation of galaxy spectral energy distributions (SEDs). The evolving, overall spectrum of the EBL is derived here utilizing a novel method based on observations only. The changing fractions of quiescent galaxies, star-forming galaxies, starburst galaxies and active galactic nucleus (AGN) galaxies from redshift 0.2 to 1 are estimated, and two alternative extrapolations of SED types to higher redshifts are considered. This allows calculation of the evolving EBL. The EBL uncertainties in our modelling based directly on the data are quantified, and their consequences for attenuation of very-high-energy gamma-rays due to pair production on the EBL are discussed. It is concluded that the EBL seems well constrained from the UV to the mid-IR at an intensity level roughly matching galaxy count data. Independent efforts from IR and gamma-ray astronomy are needed in order to reduce the uncertainties in the far-IR.

研究の動機と目的

• 理論的銀河形成モデルに依存せずに、観測された銀河集団から直接時間的に変化するEBLスペクトルを推定すること。
• 遠方のブレーザーからのVHEガンマ線データの解釈に影響を及ぼすEBLモデリングの不確実性を低減すること。
• 多波長データに基づく透明で再現可能な手法を用いて、銀河数とガンマ線観測からのEBL制約の信頼性を評価すること。
• EBL不確実性がガンマ線減衰および固有源スペクトル回復に与える影響を定量化すること。
• 特に遠赤外線領域における深さ不足のため、高赤方偏移での深さのない遠赤外線光度測定とSED理解の不足に起因する、EBLモデリングの現在の限界を特定すること。

提案手法

• 銀河数密度の時間的変化を基準として、Ref. [13] の観測されたrest-frame Kバンド光度関数（LF）を用いる。
• z = 0.2–1の範囲で、多波長AEGISデータを用いて銀河のSEDタイプ割合（静止、星形成、星爆発、AGN）を推定する。
• SEDタイプ割合を2つの異なる仮定に基づいてより高い赤方偏移に外挿し、EBLスペクトルに与える影響を感度解析で評価する。
• 各SEDタイプのスペクトルエネルギー分布を、その時間的変化する割合と光度関数で重み付けして統合することでEBLスペクトルを計算する。
• KバンドLFのシェクテルパラメータの不確実性および光度測定カタログの誤差を伝搬させ、EBL不確実性を定量化する。
• 得られたEBLモデルを、高赤方偏移ブレーザー（3C 66A、3C 279、PKS 1222+216）のVHEガンマ線観測と比較し、EBL補正済みスペクトルと固有スペクトル指数を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 理論的銀河形成モデルに依存せずに、観測された銀河のSEDタイプ割合と光度関数からEBLスペクトルを信頼性高く直接推定できるか？
• RQ2 観測されたSEDタイプ割合と光度関数の不確実性が、導出されたEBLスペクトルの不確実性にどのように伝搬するか？
• RQ3 z > 1へのSEDタイプ割合の異なる外挿が、特に遠赤外線領域でEBLに及ぼす影響はどの程度か？
• RQ4 観測されたEBLモデルは、銀河数の独立的制約および遠方ブレーザーのVHEガンマ線観測とどの程度一致するか？
• RQ5 高赤方偏移ブレーザーの固有ガンマ線スペクトル回復において、EBLモデリングの不確実性が主な誤差要因となっているか？

主な発見

• 観測されたSEDタイプ割合とKバンドLFから導かれたEBLスペクトルは、統合銀河数から導かれた下限と一貫しており、宇宙の高い透過性を示している。
• UVから中赤外域にわたるEBLは現在、以前のモデルと比べて顕著に不確実性が小さく、良好に制約されている。
• 高赤方偏移ブレーザーのEBL補正済みスペクトルの不確実性は、EBLモデリングの不確実性ではなく、ガンマ線観測の統計的および系統的誤差に主に起因している。
• モデルはEBL不確実性が最も大きいのは遠赤外線領域であり、主にAEGISサンプルにおける深さのない遠赤外線光度測定と高赤方偏移でのSED理解の不足に起因することを示している。
• 3つの高赤方偏移ブレーザー（3C 66A、3C 279、PKS 1222+216）のEBL補正済みスペクトルは、固有光子指数が1.5以上であると一致しており、モデルの信頼性を支持している。
• 今後のCTA観測は、EBLモデリングがもはやVHEガンマ線スペクトル回復における主な不確実性要因でなくなった現在のEBL制約から恩恵を受けるだろう。