[論文レビュー] HI Cosmology in the Local Universe with ALFALFA

Martha P. Haynes|ArXiv.org|Aug 19, 2007

Radio Astronomy Observations and Technology被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、アレイボ望遠鏡を用いて局所的HI宇宙をマッピングする、深さと広がりを持つ盲検HIサーベイであるALFALFA調査の初期結果を提示する。光学的に暗くHIが豊富な銀河が宇宙論的に有意な集団ではないことが示され、ALFALFAは4,500個以上の高精度な銀河系外HI源を検出しており、z=0におけるHI質量関数および相関関数の信頼性の高い測定を可能にし、SKA時代の宇宙論の基盤を築く。

ABSTRACT

The Arecibo Legacy Fast ALFA (ALFALFA) survey is an on-going second generation blind extragalactic HI survey exploiting Arecibo's superior sensitivity, angular resolution and digital technology to conduct a census of the local HI universe over a cosmologically significant volume. As of mid-2007, ~4500 good quality extragalactic HI line sources have been extracted in ~15% of the final survey area. ALFALFA is detecting HI masses as low as 10**6 Msun and as high as 10**10.8 Msun with positional accuracies typically better than 20 arcsec, allowing immediate identification of the most probable optical counterparts. Only 3% of all extragalactic HI sources and fewer than 1% of detections with M(HI) > 10**9.5 Msun cannot be identified with a stellar component. First ALFALFA results already suggest, in agreement with previous studies, that there does not appear to be a cosmologically significant population of optically dark but HI rich galaxies. ALFALFA promises a wealthy dataset for the exploration of many issues in near-field cosmology and galaxy evolution studies, setting the stage for their extension to higher redshifts with the Square Kilometer Array (SKA).

研究の動機と目的

• 光学的カタログに起因するバイアスを回避するため、盲検で広域にわたるサーベイを用いて局所的HI宇宙の包括的な調査を実施すること。
• HI質量関数の微弱な端にまで到達することで、低質量および光学的に暗い銀河の性質と分布を特定すること。
• z=0におけるHI質量関数（HIMF）、HI-HIおよびHI-光学相関関数、およびバイアスパラメータを測定し、宇宙論的制約を求める。
• 近傍宇宙論および銀河進化のための信頼性の高いデータセットを提供し、SKAサーベイの予備的役割を果たすこと。
• 空洞に、ガスを豊富に含み光学的に弱い矮星銀河の隠れた集団が存在するという仮説を検証すること。

提案手法

• Arecibo 305 m望遠鏡とALFA 7ビーム受信器を用いて、高銀緯域の約7,000 deg²をカバーする2パス走査、固定アリューチャススペクトルラインサーベイを実施する。
• 最小干渉観測技術と自動化されたフーリエドメイン信号抽出アルゴリズムを採用し、データ品質と源検出の最適化を図る。
• 高感度（11 km s⁻¹解像度で1.7 mJy beam⁻¹）および空間分解能（3.5′ビーム）を実現し、10⁶から10¹⁰.⁸ M☉のHI質量を20″未塔の位置精度で検出可能とする。
• 位置一致と多波長データを用いて、HI源と光学的対応物を照合し、カバレッジの完全性と汚染度を評価する。
• 選択効果を補正する統計的手法を適用し、検出された源カタログからHI質量関数および相関関数を導出する。
• 星形成質量比（10:1）の予測と比較することで、空洞に存在する矮星銀河の欠落が有るかどうかを検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 局所的宇宙に、宇宙論的に有意な光学的に暗くHIが豊富な銀河の集団が存在するか？
• RQ2 HI質量関数（HIMF）の形状と正規化は、低質量および高質量端でどのように変化し、過去のサーベイと比較してどう異なるか？
• RQ3 HI検出銀河の集団的性質は、光学的に選別された銀河と比べてどのように異なり、HIバイアスに何を示唆するか？
• RQ4 空洞に、ガスを豊富に含み光学的に弱い矮星銀河の隠れた集団が存在し、矮星銀河の数に生じる不一致を説明できるか？
• RQ5 局所的宇宙における最も質量の大きなHI銀河の性質は、銀河進化および星形成モデルにどのような示唆を与えるか？

主な発見

• 2007年半ば現在、ALFALFAは最終サーベイ面積のおよそ15%の範囲で、約4,500個の高品質な銀河系外HI源を検出しており、M_HI > 10⁹.⁵ M☉の源のうち97%が光学的対応物を有している。
• 銀河系外のHI源のうち3%およびM_HI > 10⁹.⁵ M☉の高質量検出のうち1%未塔が光学的対応物を欠いていることから、光学的に暗くHIが豊富な銀河の集団は有意ではないことが示された。
• ALFALFAは、過去のすべての盲検サーベイを合わせた量よりも2倍以上も多くの質量の大きなHI銀河（M_HI > 10¹⁰.⁴ M☉）を検出しており、多様な形態と色を有している。
• 1つの空洞で38個のHI源を検出したこと—これは10:1の星形成質量比から予測される38個よりもはるかに少ない—は、空洞にガスを豊富に含む矮星銀河の隠れた集団が存在しないことを否定する。
• 高感度（1.7 mJy beam⁻¹）と位置精度（<20″）を達成しており、光学的対応物の特定と信頼性の高い統計的分析が可能である。
• ALFALFAは完了時に25,000個以上の銀河系外HI検出を達成すると予想され、z=0におけるHIMF、相関関数、バイアスパラメータの信頼性の高い測定が可能になる。