[論文レビュー] GOODS-ALMA 2.0: Source catalog, number counts, and prevailing compact sizes in 1.1 mm galaxies

Carlos Gómez-Guijarro, D. Elbaz+37 more|arXiv (Cornell University)|Jun 24, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 179被引用数 85

ひとこと要約

本研究では、GOODS-Southの72.42 arcmin²にわたる連続的で高感度な1.1 mm調査である GOODS-ALMA 2.0を提示する。ALMAのハイ・リゾリューションおよびロー・リゾリューションデータを統合することで、均一な感度（σ = 68.4 µJy beam⁻¹）を達成した。88個の銀河が検出され、ダスト連続スペクトル放射が主にコンパクトであることが判明した（中央値Re = 0″.10 ± 0″.05、すなわち0.73 ± 0.29 kpc）。このコンパクト性は、1 mJy未満の微弱なフラックスでも成立しており、微弱な源における拡張放射の仮定に疑問を呈する。

ABSTRACT

Submillimeter/millimeter observations of dusty star-forming galaxies with the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) have shown that dust continuum emission generally occurs in compact regions smaller than the stellar distribution. However, it remains to be understood how systematic these findings are. Studies often lack homogeneity in the sample selection, target discontinuous areas with inhomogeneous sensitivities, and suffer from modest $uv$ coverage coming from single array configurations. GOODS-ALMA is a 1.1mm galaxy survey over a continuous area of 72.42arcmin$^2$ at a homogeneous sensitivity. In this version 2.0, we present a new low resolution dataset and its combination with the previous high resolution dataset from the survey, improving the $uv$ coverage and sensitivity reaching an average of $\sigma = 68.4\mu$Jy beam$^{-1}$. A total of 88 galaxies are detected in a blind search (compared to 35 in the high resolution dataset alone), 50% at $S/N_{peak} \geq 5$ and 50% at $3.5 \leq S/N_{peak} \leq 5$ aided by priors. Among them, 13 out of the 88 are optically dark or faint sources ($H$- or $K$-band dropouts). The sample dust continuum sizes at 1.1mm are generally compact, with a median effective radius of $R_{e} = 0"10 \pm 0"05$ (a physical size of $R_{e} = 0.73 \pm 0.29$kpc at the redshift of each source). Dust continuum sizes evolve with redshift and stellar mass resembling the trends of the stellar sizes measured at optical wavelengths, albeit a lower normalization compared to those of late-type galaxies. We conclude that for sources with flux densities $S_{1.1mm} > 1$mJy, compact dust continuum emission at 1.1mm prevails, and sizes as extended as typical star-forming stellar disks are rare. The $S_{1.1mm} < 1$mJy sources appear slightly more extended at 1.1mm, although they are still generally compact below the sizes of typical star-forming stellar disks.

研究の動機と目的

• ALMAを用いたダストを含む星形成銀河（DSFG）の研究における観測バイアスを克服するため、二重アレイ構成を用いた連続的で均一な調査領域を提供すること。
• ハイ・リゾリューションおよびロー・リゾリューションのデータを統合することでuvカバレッジと感度を向上させ、ダスト連続スペクトルサイズ測定における系統的不確実性を低減すること。
• 1 mJy未満の広いフラックス密度範囲において、コンパクトなダスト放射がDSFGの普遍的性質であるかどうかを調査すること。
• 従来の調査で見逃された光学的ダークまたは微弱な源（HバンドまたはKバンドのドロップアウト源）を特定・特徴づけること。
• 正確な数密度分布とサイズ分布を導出し、DSFGにおけるコンパクトな放射と拡張放射の相対的な頻度を検証すること。

提案手法

• 1.1 mmでのハイ・リゾリューション（コンパクトアレイ）およびロー・リゾリューション（拡張アレイ）のALMAデータを統合し、72.42 arcmin²の連続領域に対してブラインド源検出を実施する。
• S/Npeakが3.5から5の間の微弱な源を回復できるように、事前分布に基づく源検出手法を適用し、微弱端での完全性を向上させる。
• ダスト連続スペクトル放射をモデル化するために、結合データセットに対してマルチスケールガウス分解法を用いてフラックスおよびサイズ測定を実施する。
• 特に1 mJy未満の領域における源の完全性とフラックスの信頼性を評価するため、モンテカルロシミュレーションを実施する。
• ハイ・リゾリューションおよびロー・リゾリューションの両データセットの結果を統合し、感度およびビーム効果を補正することで微分および累積数密度分布を導出する。
• ダスト連続スペクトル有効半径（Re）を測定し、赤方偏移および星形成質量との関係を調査する。光学的星形成成分のサイズと比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1.1 mmにおけるコンパクトなダスト連続スペクトル放射は、さまざまなフラックス密度においてダストを含む星形成銀河の系統的性質であるか？
• RQ2 DSFGのダスト連続スペクトルサイズ分布は、その星形成成分のサイズとどのように比較されるか。また、赤方偏移や星形成質量に依存するか？
• RQ3 ロー・リゾリューションデータは、ハイ・リゾリューションのみの調査で見逃された、より微弱で拡張性の高い源をどの程度回復できるか？
• RQ4 ALMAで検出された源のうち、光学的ダークまたは微弱な（HバンドまたはKバンドのドロップアウト）源はどの程度の割合を占め、それらのダストサイズはより明るい源と比べてどう異なるか？
• RQ5 本調査における1.1 mm源の数密度は、既存の文献と比較してどう異なるか。これにより、過去の調査の完全性にどのような示唆が得られるか？

主な発見

• ブラインド検出により合計88個の銀河が検出された。うち44個の源はS/Npeak ≥5（100％の純度）であり、残りの44個はS/Npeakが3.5から5の間の事前分布に基づく手法で検出された。
• 検出された源のうち13個は光学的ダークまたは微弱な源（HバンドまたはKバンドのドロップアウト）であり、そのうち7個は本研究で新たに同定された。
• 1.1 mmでのダスト連続スペクトル有効半径の中央値はRe = 0″.10 ± 0″.05（物理的サイズは0.73 ± 0.29 kpc）であり、主にコンパクトな放射であることが示された。
• ダスト連続スペクトルサイズは、赤方偏移および星形成質量とともに、光学的星形成成分のサイズと同様の傾向を示すが、後期型銀河と比べて低めの正規化値を示す。
• S₁.₁ₘₘ > 1 mJyの源では、コンパクトなダスト放射が一般的であり、典型的な星形成星形成ディスクサイズにまで拡張した源はまれである。
• S₁.₁ₘₘ < 1 mJyの源では、平均的にわずかに拡張しているように見えるが、依然として一般的にコンパクトであり（典型的な星形成ディスクサイズ未満）、散らばり具合が大きく、拡張放射の兆候がわずかに見られる可能性がある。深さを要するデータで確認が必要である。