[論文レビュー] Overdensity of i'-Dropout Galaxies in the Subaru Deep Field: A Candidate Protocluster at z ~ 6

Kazuaki Ota, Nobunari Kashikawa+6 more|arXiv (Cornell University)|Apr 22, 2008

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、スバルー深宇宙フィールドにおいて、z ≈ 6の候補プロトクラスタを、37個のi′-ドロップアウト銀河の過密度として特定した。フォローアップスペクトロスコピーにより、z ≈ 6.0に位置する4つのLyα発光体が確認された。この構造の質量は約1.5 × 10¹⁵ M☉であり、既知のz ≈ 2–5のプロトクラスタと同等である。これは、現在の巨大銀河団の前身である可能性を示唆している。

ABSTRACT

We investigate the sky distribution of z ~ 6 Lyman break galaxies selected as i'-dropouts having i' - z' > 1.45 down to z' < 26.5 in the Subaru Deep Field (SDF). We discover 37 i'-dropouts clustered in a projected comoving 21.6 x 21.6 Mpc^2 region at z = 6, showing a local density excess. Carrying out follow-up spectroscopy, we identify four of them as Lyman-alpha emitters at z = 5.92, 6.01, 6.03 and 6.03 (spread over a distance of 46.6 Mpc). The number density of the cluster itself in SDF is ~ 2.2 x 10^{-7} Mpc^{-3}, smaller than those of protoclusters (i.e., forming galaxy clusters) at z ~ 2-5.7. Also, the structure shows ~4-21 times larger galaxy number density than those of z ~ 6 galaxies in a general field. It has a mass of M ~ 1.5^{+1.8}_{-0.5} x 10^{15}M_sun, comparable to those of z ~ 0-5 protoclusters. Since the contamination of our sample by interlopers is estimated to be quite low, 5.9%, most of the other unconfirmed i'-dropouts in the overdense region can be also z ~ 6 galaxies. Hence, it could be a candidate forming cluster at z ~ 6, representing a progenitor of galaxy clusters seen in the recent-day Universe.

研究の動機と目的

• 初期宇宙における高赤方偏移銀河の大規模構造を特定すること。
• z ≈ 6におけるi′-ドロップアウト銀河の過密度が、形成中の銀河団（プロトクラスタ）を示しているかどうかを調査すること。
• 過密度領域の物理的性質、特に質量、数密度、星形成率を特定すること。
• 混入銀河の割合を評価し、候補銀河の赤方偏移を確認すること。

提案手法

• i′−z′ > 1.45 かつ z′ ≤ 26.5 を満たす深宇宙のスバルーおよびケック画像を用いた、i′-ドロップアウト銀河の光度選別。
• 21.6 × 21.6 Mpc²の共動的領域を用いた空間的クラスタリングの統計的分析により、フィールド銀河と比較した過密度の定量的評価。
• ケック/DEIMOSを用いたフォローアップスペクトロスコピーにより、選別されたi′-ドロップアウト銀河の赤方偏移をLyα発光体として確認。
• 宇宙論的パラメータ（Ωₘ=0.3, ΩΛ=0.7, h=0.7）を用いたSchechter光度関数とバイアスモデルによる、銀河数密度および質量の推定。
• 質量推定式 M = ρ̄V(1 + δₘ) を適用し、赤方偏移空間歪み補正に C = [1 + f − f(1 + δₘ¹ᐟ³)] を用い、f ≈ 1 とした。
• 過密度領域の数密度および質量を、低赤方偏移における既知のプロトクラスタと比較し、進化的意義を評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スバルー深宇宙フィールドにおけるz ≈ 6のi′-ドロップアウト銀河に顕著な過密度が存在するか？
• RQ2 過密度領域にスペクトロスコピックに確認されたLyα発光体の赤方偏移は、z ≈ 6と整合的か？
• RQ3 過密度領域の推定質量は何か？ また、低赤方偏移における既知のプロトクラスタと比較してどうか？
• RQ4 過密度領域における星形成率は何か？ また、フィールドと比較してどうか？
• RQ5 i′-ドロップアウトサンプルにおける混入銀河の割合はどの程度か？ 未確認の源のうち、真にz ≈ 6の銀河である確率はどの程度か？

主な発見

• z ≈ 6の21.6 × 21.6 Mpc²領域に、合計37個のi′-ドロップアウト銀河が検出され、局所的密度過剰を示す顕著な過密度が確認された。
• 4つのi′-ドロップアウトがスペクトロスコピックにLyα発光体として確認され、赤方偏移はそれぞれz = 5.92, 6.01, 6.03, および6.03であり、投影距離は46.6 Mpcにわたる。
• 過密度領域の数密度は約2.2 × 10⁻⁷ Mpc⁻³であり、フィールド銀河密度の約3.8倍にのぼり、不完全性による下限が存在する。
• 過密度領域の質量は1.5⁺¹.⁸₋₀.₅ × 10¹⁵ M☉と推定され、既知のz ≈ 2–5のプロトクラスタと同等の規模である。
• 明るい外れ値を除く33個の確認済みi′-ドロップアウトの平均星形成率は11.5 M☉ yr⁻¹であり、フィールドの値12.0 M☉ yr⁻¹と同程度であった。
• 混入銀河の割合はわずか5.9%と推定され、領域内の未確認i′-ドロップアウトの多くが真にz ≈ 6の銀河である可能性が高いことが示された。