[論文レビュー] First results from the ATCA 18 GHz pilot survey

R. Ricci, E. M. Sadler+8 more|arXiv (Cornell University)|Jul 7, 2004

Radio Astronomy Observations and Technology参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、18 GHzで実施されたオーストラリア・テレビジョン・コンパクトアレイ（ATCA）のパイロット調査の最初の結果を提示する。この調査では、南天の1,216 deg²をカバーし、4σ感度限界が60 mJyである。221件の源が確認され、銀河間源の数は指数が−2.2のべき乗則でよく記述されており、70％以上が平坦または逆スペクトルを示している。光学的識別率が高く、低周波数調査とは異なる高周波数選択の明るい源の集団が明らかになった。

ABSTRACT

As a pilot study for the first all-sky radio survey at short wavelengths, we have observed 1216 sq. deg. of the southern sky at 18GHz (16mm) using a novel wide-band (3.4GHz bandwidth) analogue correlator on one baseline of the Australia Telescope Compact Array (ATCA). We scanned a region of sky between declination -71 and -59 degrees with an rms noise level of 15mJy. Follow-up radio imaging of candidate sources above a 4 sigma detection limit of 60mJy resulted in 221 confirmed detections, for which we have measured accurate positions and flux densities. For extragalactic sources, the survey is roughly 70% complete at a flux density of 126mJy and 95% complete above 300mJy. Almost half the detected sources lie within a few degrees of the Galactic plane, but there are 123 sources with |b|>5 degrees which can be assumed to be extragalactic. The differential source counts for extragalactic sources in the range 0.1Jy < S_{18GHz} < 3Jy are well fitted by a relation of the form n(S)=57(S/{Jy})^{-2.2\pm0.2} [Jy^-1 sr^-1], in good agreement with the 15GHz counts published by Taylor et al. (2001) and Waldram et al. (2003). Over 70% of the extragalactic sources have a flat radio spectrum (α_{0.843}^{18}> -0.5, S_ν\proptoν^α), and 29% have inverted radio spectra (α_{0.843}^{18}> 0). The optical identification rate is high: 51% of the extragalactic sources are identified with stellar objects (candidate QSOs), 22% with galaxies and only 27% with faint optical objects or blank fields.

研究の動機と目的

• 18 GHzでの全天空パイロット調査を実施し、高周波数の電波源集団を調査すること。
• コンパクトアレイに搭載された広帯域アナログcorrelatorを用いた広域・高周波数調査の実現可能性を評価すること。
• CMBの前景汚染と将来的な計画（Planck）のような調査に備えて、銀河間源の源数とスペクトル的性質を測定すること。
• 高周波数電波源の光学的識別率と偏光特性を評価すること。
• 将来の20 GHz全天空調査における感度と完全性を決定すること。

提案手法

• ATCAの1基の基線に広帯域（3.4 GHz）アナログcorrelatorを用い、広帯域と高速走査を実現した。
• 右帰着が−71°から−59°の範囲で1,216 deg²の領域を0.2秒の短時間積分で迅速走査した。
• 4σ感度限界が60 mJy、rmsノイズレベルが15 mJyに達した。
• 4σ候補に対して後続の合成画像化を実施し、検出の確認と正確な全波長密度および位置を測定した。
• 3.4 GHz帯域幅を16ラグチャンネルで分割し、8つの周波数チャンネル（各425 MHz）を生成し、高い信号対雑音比を得た。
• 銀河間源の源数モデリングにべき乗則フィットを適用：n(S) = 57 (S/Jy)−2.2±0.2 Jy⁻¹ sr⁻¹。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 18 GHzにおける銀河間電波源の源数分布はどのようなものか？ 低周波数調査と比較するとどう異なるか？
• RQ2 高周波数電波源の何パーセントが平坦または逆スペクトルを示すか？ これはCMBの前景汚染にどのように影響するか？
• RQ3 18 GHzで選択された源の光学的識別率は、1.4 GHz調査と比べてどの程度か？
• RQ4 高周波数電波源の偏光分布はどのようなものか？ これはCMB Bモード測定に影響を与えるか？
• RQ5 広帯域・高速走査干渉法調査は、将来の20 GHz全天空調査に十分な感度と完全性を達成できるか？

主な発見

• 4σ検出閾値60 mJyで1,216 deg²の領域にわたって15 mJyのrmsノイズレベルを達成し、221件の源が確認された。
• 0.1–3 Jyの範囲における銀河間源の数は、指数−2.2±0.2のべき乗則でよく記述されており、15 GHz調査と整合的である。
• 銀河間源の70％以上が平坦または逆スペクトル（α₁₈ > −0.5）を示しており、そのうち29％が逆スペクトル（α₁₈ > 0）を示している。
• 光学的識別率は73％であり、そのうち51％がQSO、22％が銀河として同定された。これは1.4 GHz調査と比べて顕著に高い。
• 中央値偏光度は2.1％であり、既知の平坦スペクトル集団と整合的で、PlanckのEモード測定に支障をきたすほどではない。
• 本調査は、40 mJyの感度で全天空20 GHz調査が実現可能であり、約10⁴件の銀河間源が得られることを確認した。これにより、ALMAの強力なキャリブレーションネットワークが構築可能である。