[論文レビュー] IGMtransmission: A Java GUI to model the effects of the Intergalactic Medium on the colours of high redshift galaxies

Christopher Mark Harrison, Avery Meiksin+1 more|arXiv (Cornell University)|May 31, 2011

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 6

ひとこと要約

IGMtransmission は、モンテカルロシミュレーションを用いて高赤方偏移銀河の色に及ぼす間銀河媒体（IGM）の減衰効果をモデル化する Java ベースの GUI である。Meiksin (2006) や Inoue & Iwata (2008) の LLS 分布を用い、赤方偏移 z = 3–5 の範囲で、ランダムな線列方向の変動と平均透過関数を伴い、透過関数、バンド幅マグニチュード、色、IGM k補正を計算する。

ABSTRACT

IGMtransmission is a Java graphical user interface that implements Monte Carlo simulations to compute the corrections to colours of high-redshift galaxies due to intergalactic attenuation based on current models of the Intergalactic Medium. The effects of absorption due to neutral hydrogen are considered, with particular attention to the stochastic effects of Lyman Limit Systems. Attenuation curves are produced, as well as colours for a wide range of filter responses and model galaxy spectra. Alternative filter response curves and spectra may be readily uploaded. The code is freely available from http://code.google.com/p/igmtransmission. It is licensed under the GNU General Public License v.3.

研究の動機と目的

• 高赤方偏移銀河の観測色に及ぼす間銀河中性水素の影響をモデル化するためのユーザーフレンドリーなツールを提供すること。
• ランダムな線列方向に存在する離散的なライマン限界系（LLS）による確率的減衰をシミュレートし、透過率の統計的ゆらぎを捉えること。
• モデル銀河スペクトルと標準フィルタを用いて、バンド幅 photometry のための平均間銀河透過関数および IGM k補正を計算すること。
• デフォルトおよびユーザー定義の LLS 分布（Inoue & Iwata, 2008 の代替モデルを含む）をサポートし、比較分析を可能にすること。
• Lyαフォレスト、光学的に薄い IGM、および LLS の寄与を統合することで、高赤方偏移調査における正確な光度補正を可能にすること。

提案手法

• Montテカルロシミュレーションを用いて、$dN/dz$ および $dN/d\tau_{\rm L}$ 分布から抽出された LLS の分布を持つ複数のランダムな線列方向を生成する。
• 個々の LLS および Lyα フォレストからの寄与を合算して効果的光学厚さ $\tau_{\rm eff}$ を計算し、平均透過フラックスの解析的近似を用いる。
• ガウス求積法を用いて、バンド幅フィルタを通した減衰スペクトルの数値的積分を実行し、AB マグニチュードおよび色を計算する。
• Leitherer ら (1999) のモデル銀河スペクトルと、ハッブル、ケック、スバル、パラモール、UKIDSS テレスコープの標準フィルタを用いる。
• IGM k補正を、IGM 減衰ありとなしのマグニチュードの差として計算する。
• ユーザー定義のスペクトル、フィルタ、LLS パrameter をサポートし、線列方向にわたる累積確率分布の出力を提供する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ライマン限界系（LLS）と Lyα フォレストが、高赤方偏移銀河の観測色にどのように同時に影響を与えるか？
• RQ2 LLS の確率的分布に起因する、異なる線列方向における間銀河透過率の統計的ばらつきはどの程度か？
• RQ3 Meiksin (2006) と Inoue & Iwata (2008) の LLS 分布を用いた場合、平均透過関数および IGM k補正にどのような差が生じるか？
• RQ4 中間の LLS の数が、ライマン限界より下の高赤方偏移銀河の検出可能性にどの程度影響を与えるか？
• RQ5 モンテカルロシミュレーションによって、LLS の期待される $dN/dz$ 分布がどの程度正確に再現できるか？

主な発見

• モンテカルロシミュレーションは、Meiksin (2006) および Inoue & Iwata (2008) の両モデルについて、期待される $dN/dz$ 分布を良好に再現しており、低赤方偏移ではサンプルサイズが小さいためわずかなノイズが生じる。
• 赤方偏移 $z = 3$ の源では、中間の LLS の平均数は 3.1 であり、特定の線列方向に LLS が存在しない確率は 4.5% である。
• 透過関数は顕著な確率的ばらつきを示す：一部の線列方向ではライマン限界以下が完全に遮断されるが、他の線列方向では顕著な透過が観測される。
• Inoue & Iwata (2008) モデルを用いて計算された平均透過関数は、LLS の数が多いことから Meiksin (2006) よりも全体的に透過率が低くなる。
• 複数の実現において一貫した IGM k補正およびマグニチュードが得られ、累積確率分布により不確実性の推定が可能である。
• GUI ベースのインターフェースにより、ユーザー定義スペクトル、フィルタ、LLS 分布を含むパラメータ空間の効率的探索が可能であり、出力は AB マグニチュードまたはベーガマグニチュードで提供される。