[論文レビュー] Most Luminous z=9-10 Galaxies: A First Determination of the Bright End of the z~9 and z~10 UV Luminosity Functions using all five CANDELS Fields

R. J. Bouwens, Pascal A. Oesch+15 more|arXiv (Cornell University)|Jun 2, 2015

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 7被引用数 16

ひとこと要約

本研究では、CANDELSの5つの領域にわたるHST/WFC3/IRおよびSpitzer/IRACデータを統合して、z≈9–10の14個の高確率で銀河を同定した。これは、10軌道の対象的HSTフォローアップ計画から新たに発見された4つの源も含む。z~9およびz~10における明るい端のUV発光関数の最初の信頼性の高い決定がなされ、低赤方偏移からの外挿傾向よりも発光密度が約2倍低いことが判明した。

ABSTRACT

The deep, wide-area (900 arcmin**2) WFC3/IR + Spitzer/IRAC observations over the CANDELS program represents a significant resource for constraining the bright end of the z~9 and z~10 UV luminosity functions (LFs). We recently reported the discovery of 6 luminous z~9-10 candidates over the GOODS-North+South fields, but extending this search to the full CANDELS program was impeded by the lack of HST-depth 1.05-micron observations in the other 3 CANDELS fields. Here we attempt to significantly realize the potential of CANDELS for z=9-10 science by combining a search over all 5 fields with results from a new HST program (B9-CANDELS) designed to follow up the highest-probability z~9-10 galaxy candidates with observations at 1.05 microns. The targeted z~9-10 candidates are preselected by taking advantage of the full HST, Spitzer/IRAC S-CANDELS observations, and the deepest-available ground-based optical+near-IR observations. With our follow-up program now 91% complete, we identify 4 new high-probability z~9-10 galaxies in just 10 orbits. This brings our total sample of bright z~9-10 galaxies to 14, including several other new sources from the CANDELS GOODS + ERS fields.Through extensive simulations, we replicate the selection process for our sample (both the preselection and follow-up) and obtain an accurate estimate of the volume density of bright galaxies (M_{UV,AB} 0.4L*), the luminosity densities we find at z~9 and z~10 are ~2x lower than the extrapolated trends. We would expect significant additional gains in these results from the on-going 500-orbit BoRG[z910] program and by obtaining additional follow-up observations over the CANDELS-WIDE fields.

研究の動機と目的

• CANDELS調査の深さと広域性を活かし、z~9およびz~10における明るい端のUV発光関数（LF）を決定すること。
• CANDELS計画の過去の制限を克服するため、高確率のz~9–10銀河候補に対して1.05ミクロンのHSTフォローアップ観測を実施すること。
• HST、Spitzer/IRAC、および地上望遠鏡のマルチバンドデータを統合することで、高赤方偏移銀河検出の統計的信頼性を向上させること。
• 選択およびフォローアッププロセスの広範なシミュレーションを用いて、z~9およびz~10における明るい銀河の体積密度を推定すること。

提案手法

• CANDELSの5領域すべてにわたるHSTおよびSpitzer/IRAC S-CANDELSデータを用いて、z~9–10候補を事前選別する。
• B9-CANDELS計画を通じて、最も高い確率の候補に対して1.05ミクロンでの対象的HSTフォローアップ観測を実施する。
• 地上望遠鏡の最も深い光学および近赤外データを統合し、赤方偏移推定と源の信頼性を向上させる。
• 選択およびフォローアッププロセスを完全に再現する広範なシミュレーションを用い、体積密度および発光関数パラメータの正確な推定を可能にする。
• ABマグニチュード系を用いてUV絶対マグニチュード（M_UV,AB）を測定し、高赤方偏移におけるL*値と比較する。
• 統計的解析により、z~9およびz~10におけるUV発光関数を導出し、特に明るい端（M_UV,AB ≤ -20.5）に注目し、低赤方偏移の外挿傾向と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z~9およびz~10における明るい銀河の真の体積密度、特にUV発光関数の明るい端ではどの程度か？
• RQ2 z~9およびz~10における観測された発光密度は、低赤方偏移の発光関数外挿傾向と比べてどのように異なるか？
• RQ3 選択およびフォローアップ手順が高赤方偏移銀河の検出に及ぼすバイアスはどの程度で、シミュレーションによってどのように是正できるか？
• RQ4 CANDELS-WIDE領域がz~9–10銀河全体の同定に果たす貢献は何か？今後のフォローアップによって検出率はどのように向上するか？
• RQ5 BoRG[z910]計画の結果は、既存のCANDELSデータと比較して、明るい端LFをどの程度よく制約できるか？

主な発見

• 本研究では、14個の高確率でz≈9–10の銀河を同定した。これは、10軌道の対象的フォローアップ観測で新たに発見された4つの源も含む。
• 選択およびフォローアッププロセスを完全に再現するシミュレーションを用いて、z~9およびz~10における明るい銀河（M_UV,AB ≤ -20.5）の体積密度が正確に推定された。
• z~9およびz~10における発光密度は、低赤方偏移の発光関数傾向の外挿よりも約2倍低いことが判明した。
• 本研究は、HSTおよびSpitzerを用いた深さと広域性を兼ね備えた調査が、高赤方偏移UV発光関数の明るい端を調べるために実現可能かつ不可欠であることを示した。
• 進行中の500軌道のBoRG[z910]計画およびCANDELS-WIDE領域における今後のフォローアップにより、顕著な改善が期待される。
• マルチバンドデータと対象的フォローアップの組み合わせにより、z~9–10のUV発光関数がシミュレーションで補正された信頼性の高い決定が可能となり、高赤方偏移銀河研究の新しい基準を確立した。