[論文レビュー] Luminosity Functions of Lyman-Break Galaxies at z~4 and 5 in the Subaru Deep Field

Makiko Yoshida, Kazuhiro Shimasaku+4 more|ArXiv.org|Aug 24, 2006

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 28

ひとこと要約

本研究は、スバル深宇宙フィールドの深紫外・可視光画像を用いて、z~4およびz~5におけるライマンブレーク銀河（LBGs）の輝度関数を測定し、3色選別基準を適用してそれぞれ3,808、539、240個のLBGsを同定した。z~6からz~4にかけて特徴的明るさM*に顕著な進化が見られ、z~4からz~5にかけて宇宙の星形成率密度は5倍未満に低下した。また、特定星形成率（SFR）はz~4までに(1+z)^3に比例する傾向を示し、赤移が高まるにつれて星形成効率が向上していることを示唆している。

ABSTRACT

We investigate the luminosity functions of Lyman-break galaxies (LBG) at z~4 and 5 based on the optical imaging data obtained in the Subaru Deep Field Project. Three samples of LBGs in a contiguous 875 arcmin^2 area are constructed. One consists of 3,808 LBGs at z~4 down to i'=26.85 selected with the B-R vs R-i' diagram. The other two consist of 539 and 240 LBGs at z~5 down to z'=26.05 selected with two kinds of two-color diagrams: V-i' vs i'-z' and R-i' vs i'-z'. The adopted selection criteria are proved to be fairly reliable by spectroscopic observation. We derive the luminosity functions of the LBGs at rest-frame ultraviolet wavelengths down to M_{UV}=-19.2 at z~4 and M_{UV}=-20.3 at z~5. We find clear evolution of the luminosity function over the redshift range of 04.

研究の動機と目的

• z~4およびz~5におけるライマンブレーク銀河（LBGs）のリスフレーム紫外線輝度関数を高い感度で測定すること。
• z~4でM_UV = -19.2、z~5でM_UV = -20.3まで及ぶ微弱な明るさにまで及ぶ探査により、高赤移における宇宙の星形成率（SFR）密度の制約を強化すること。
• 輝度関数パラメータ（M*、φ*、α）の進化と、銀河形成および星形成効率に与える影響を調査すること。
• ガス冷却と星形成効率の役割を評価するために、赤移関数としての特定SFR（単位バリアオン質量あたりのSFR）を計算し、宇宙のSFR歴史を形作る主要な物理的プロセスを解明すること。

提案手法

• スバル深宇宙フィールドの875平方弧分の連続領域において、色-色図を用いて3つのLBGサンプルを構築した：z~4のBRi′-LBGs、z~5のVi′z′-LBGsおよびRi′z′-LBGs。
• 完全性および混入率の推定にモンテカルロシミュレーションを適用し、スペクトロスコピック赤移を用いて選別基準の妥当性を検証した。
• C-法を用いて輝度関数を導出し、z~4ではM_UV = -19.2まで、z~5ではM_UV = -20.3まで積分した。
• 標準的なコールド・ダーク・マターモデルを用いて、UV輝度密度から宇宙のSFR密度を算出し、単位バリアオン質量あたりのSFR（特定SFR）を導出した。
• 文献データと組み合わせて、輝度関数およびSFR密度の赤移進化を分析した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z~4からz~5にかけて、ライマンブレーク銀河の輝度関数はM*、φ*、αの観点からどのように進化するか？
• RQ2 z~4およびz~5における宇宙の星形成率密度はどの程度で、z~3からz~5にかけてどのように変化するか？
• RQ3 特定星形成率は赤移に伴い(1+z)^3に比例するか？この傾向は、高赤移における星形成を支配する主要な物理的プロセスに何を示唆するか？
• RQ4 宇宙の時間経過に伴い、明るい銀河と微弱な銀河の両方がSFR密度に与える寄与はどのように変化するか？

主な発見

• z~6からz~4にかけて、輝度関数の特徴的明るさM*は約1等級明るくなった。z~4からz~3にかけてはほぼ一定であり、その後z~3からz~0にかけて約3等級暗くなった。
• 0.5 ≤ z ≤ 6の赤移範囲において、輝度関数の正規化定数φ*および微弱端勾配αはほぼ一定であり、数密度および微弱端分布が安定していることを示している。
• z~3からz~4にかけて、星形成率密度に顕著な低下は見られず、z~4からz~5への低下は5倍未満に制限される。
• M*_{z=3} - 0.5より明るい銀河からのSFR密度はz~3–4にかけて急激にピークに達するが、微弱な銀河からのSFR密度はよりゆっくりと進化し、初期の時代に広いピークを持つことから、明るさ依存の進化が示唆される。
• z~4までに特定SFRは(1+z)^3に比例する傾向を示しており、この赤移範囲では星形成効率がダークマターハロー内の冷却率に比例している可能性を示唆している。
• z > 4では(1+z)^3のスケーリングが崩れ、星形成効率を支配する主要な物理的メカニズムが変化したことを示している。