[論文レビュー] Photometric H alpha and [O II] Luminosity Function of SDF and SXDF Galaxies: Implications for Future Baryon Oscillation Surveys

Masanao Sumiyoshi, Tomonori Totani+10 more|ArXiv.org|Feb 12, 2009

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、スバル深宇宙フィールドおよびスバルXMM-ディープフィールドにおける多波長画像を用いて、赤方偏移 z = 0.5–1.7 の銀河の Hα および [O II] 発光線輝度関数を、光度赤方偏移と星形成率推定値を用いて推定した。色-色選別法（Bi′z′ および Bz′K フィルタ）を用いることで、将来のバリオンアコースティック振動（BAO）調査において 50–60% の成功率で発光線銀河を効率的に標的化可能であり、最適な赤方偏移カバレッジを得るには B ≈ 24–25 の深さが必要であることを示した。

ABSTRACT

Efficient selection of emission line galaxies at z > 1 by photometric information in wide field surveys is one of the keys for future spectroscopic surveys to constrain dark energy using the baryon acoustic oscillation (BAO) signature. Here we estimate the H alpha and [O II] line luminosity functions of galaxies at z = 0.5-1.7 using a novel approach where multi-wavelength imaging data is used to jointly estimate both photometric redshifts and star-formation rates. These photometric estimates of line luminosities at high-redshift use the large data sets of the Subaru Deep Field and Subaru XMM-Newton Deep Field (covering \sim 1 deg^2) and are calibrated with the spectroscopic data of the local Sloan Digital Sky Survey galaxies. The derived luminosity functions (especially H alpha) are in reasonable agreement with the past estimates based on spectroscopic or narrow-band-filter surveys. This dataset is useful for examining the photometric selection of target galaxies for BAO surveys because of the large cosmological volume covered and the large number of galaxies with detailed photometric information. We use the sample to derive the photometric and physical properties of emission line galaxies to assist planning for future spectroscopic BAO surveys. We also show some examples of photometric selection procedures which can efficiently select these emission line galaxies.

研究の動機と目的

• 光度データを用いて、赤方偏移 z = 0.5–1.7 の高赤方偏移銀河の Hα および [O II] 発光線輝度関数を推定すること。
• 将来の分光的 BAO 調査における標的としての発光線銀河を特定するための光度的選別手法の実現可能性を評価すること。
• 8–10 m テレスコープと広視野分光器を備えた観測計画において、必要な調査深さと選別効率に関する定量的指針を提供すること。
• 低赤方偏移の SDSS 分光データを用いて、光度的線輝度推定値を補正すること。
• 宇宙論的調査計画の立案に役立てるため、発光線銀河の物理的性質（星形成質量、減光、サイズ、バイアス）を導出すること。

提案手法

• スバル深宇宙フィールド（SDF）およびスバルXMM-ディープフィールド（SXDF）の多波長光度データを用い、約 0.85 deg² をカバーした。
• スペクトルエネルギー分布（SED）フィッティングに基づく、光度赤方偏移と星形成率を同時に推定する手法を用い、線輝度を導出した。
• 局所の SDSS 銀河の分光測定値と照らし合わせて、光度的線輝度推定値を補正し、正確性を保証した。
• 発光線銀河を光度調査で特定するために、色-色選別基準（Bi′z′ および Bz′K）を適用した。
• 補正済みサンプルを用いて、3つの赤方偏移チャンク（0.5–1.0、1.0–1.4、1.4–1.7）における輝度関数を導出した。
• 構造形成理論を用いて、光度および赤方偏移推定値から星形成質量、減光、FWHM サイズ、線形バイアスを推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z > 0.5 の領域で、光度赤方偏移および SED フィッティング手法が Hα および [O II] 線輝度を正確に推定できるか？
• RQ2 赤方偏移範囲 z = 0.5–1.7 において、BAO 調査に適した発光線銀河の数密度と分布はどの程度か？
• RQ3 Bi′z′ および Bz′K のような単純な2色光度選別法が、高赤方偏移発光線銀河をどれだけ効率的に分離できるか？
• RQ4 1 時間未満の露出時間で BAO 調査に十分な標的密度を達成するには、どの程度の B バンド深さ（B-band depth）が必要か？
• RQ5 発光線銀河の物理的性質（質量、サイズ、減光、バイアス）は、赤方偏移および輝度に応じてどのように変化するか？

主な発見

• 得られた Hα および [O II] 輝度関数は、先行する分光的および狭帯域調査結果と妥当な一致を示し、光度的手法の妥当性が裏付けられた。
• 赤方偏移範囲 0.5 < z < 1.0 および 1.0 < z < 1.4 において、8–10 m テレスコープで 1 時間未塔の露出で検出可能な十分な数の発光線銀河が存在する。
• 1.0 < z < 1.4 の範囲では、B バンド深さ ≈24 で、Bi′z′ または Bz′K 色カットを用いることで 50–60% の選別成功率が達成可能である。
• 1.4 < z < 1.7 の範囲では、同等の選別効率を得るには B バンド深さ ≈25 が必要である。
• Bi′z′ および Bz′K の両方の色選別法は、深さ要件および成功率において同等の性能を示し、どちらかに明確な優位性は認められなかった。
• 1.4 < z < 1.7 の高赤方偏移チャンクでは、2色選別だけでは効率的な標的選別が不十分であることが示され、多色または N 次元光度的手法の導入が求められる。