[論文レビュー] MUSE integral-field spectroscopy towards the Frontier Fields Cluster Abell S1063: I. Data products and redshift identifications

W. Karman, K. I. Caputi+12 more|arXiv (Cornell University)|Sep 11, 2014

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 47被引用数 44

ひとこと要約

本研究では、フロンティア・フィールズ銀河団アベルS1063におけるMUSEの積分場分光法を報告し、1回のポイントで53個の銀河の赤方偏移を同定した。5個の団メンバーを確認し、追加で29個の団銀河を同定し、z > 3の新規リーマン・アルファ発光体3個と、z = 4.113の新規複数に歪んだ銀河を発見した。これは、MUSEが盲目的な高赤方偏移調査および強いかずみによる団質量モデル化において強力であることを示している。

ABSTRACT

We present the first observations of the Frontier Fields Cluster Abell S1063 taken with the newly commissioned Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) integral field spectrograph. Because of the relatively large field of view (1 arcmin^2), MUSE is ideal to simultaneously target multiple galaxies in blank and cluster fields over the full optical spectrum. We analysed the four hours of data obtained in the Science Verification phase on this cluster and measured redshifts for 53 galaxies. We confirm the redshift of five cluster galaxies, and determine the redshift of 29 other cluster members. Behind the cluster, we find 17 galaxies at higher redshift, including three previously unknown Lyman-alpha emitters at z>3, and five multiply-lensed galaxies. We report the detection of a new z=4.113 multiply lensed galaxy, with images that are consistent with lensing model predictions derived for the Frontier Fields. We detect C III], C IV, and He II emission in a multiply lensed galaxy at z=3.116, suggesting the likely presence of an active galactic nucleus. We also created narrow-band images from the MUSE datacube to automatically search for additional line emitters corresponding to high-redshift candidates, but we could not identify any significant detections other than those found by visual inspection. With the new redshifts, it will become possible to obtain an accurate mass reconstruction in the core of Abell S1063 through refined strong lensing modelling. Overall, our results illustrate the breadth of scientific topics that can be addressed with a single MUSE pointing. We conclude that MUSE is a very efficient instrument to observe galaxy clusters, enabling their mass modelling, and to perform a blind search for high-redshift galaxies.

研究の動機と目的

• MUSEの積分場分光法を用いて、その科学的検証段階中にアベルS1063団の包括的な赤方偏移調査を実施すること。
• 特にリーマン・アルファ発光体と複数に歪んだ系を含む、団の背後に位置する高赤方偏移銀河の同定と特徴の特定すること。
• 歪んだ銀河および団メンバーの正確な分光的赤方偏移を提供することで、団中心部の強いかずみ質量モデルを改善すること。
• 歪んだ銀河における微弱な発光線の検出および複雑な線プロファイルの解離能力について、MUSEの性能を評価すること。
• CLASH調査からの写真的赤方偏移と、MUSEデータから導出された分光的赤方偏移を比較すること。

提案手法

• アベルS1063を標高とした1アングスラジアン²の視野で、4時間にわたるMUSEの積分場分光法を取得した。
• スカイ除去、波長校正、フラックス校正を含むMUSEパイプラインを用いてデータを還元した。
• 自動線探索アルゴリズムと視覚的検査を組み合わせて、データキューブ内の発光線を同定し、赤方偏移を決定した。
• HSTフロンティア・フィールズ計画のレンズモデルを用いて、複数に歪んだ銀河の像位置と増幅係数を予測した。
• データキューブから幅狭いバンド画像を生成し、視覚的同定の対象外の発光体を探索した。
• MUSEの分光的赤方偏移とCLASH調査からの写真的赤方偏移を比較し、正確性と散乱を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MUSEの積分場分光法によって明らかにされたアベルS1063団およびその周辺領域の銀河の赤方偏移分布はどのようなものか？
• RQ2 団の背後に検出可能な高赤方偏移リーマン・アルファ発光体（LAE）はいくつであり、それぞれの全放射光度と形態は何か？
• RQ3 MUSEで同定された赤方偏移は、団中心部の強いかずみ質量モデルの正確性をどの程度向上させるか？
• RQ4 特に団メンバーと背景銀河に対して、MUSEの分光的赤方偏移はCLASH調査からの写真的赤方偏移とどのように一致するか？
• RQ5 複数に歪んだ銀河に観測された発光線特徴（例：C III], C IV, He II）は何か、そしてそれらが電離源を示唆するのはどのような点か？

主な発見

• MUSEによる分光的確認で53個の銀河が同定され、そのうち5個が赤方偏移が確認された団メンバーであり、追加で29個の団メンバーが同定された。
• z > 3の新規リーマン・アルファ発光体3個が発見され、そのうち1個はz = 4.113に位置し、全放射光度L ≈ 5 × 10⁴³ erg s⁻¹であり、増幅率は5〜20倍の間であった。
• z = 4.113の新規複数に歪んだ銀河が同定され、像位置がHSTフロンティア・フィールズレンズモデルの予測と一致した。
• z = 3.116の複数に歪んだ銀河では、C III], C IV, He IIの発光線が検出され、アクティブな銀河核の存在を示唆した。
• MUSEデータキューブからの幅狭いバンド画像は、視覚的検査で同定された対象以外に顕著な新たな発光体を検出できなかった。
• CLASH調査からの写真的赤方偏移は、背景銀河に対してMUSEの分光的赤方偏移と良好に一致したが、団メンバーに対してはより大きな散乱を示した。