[論文レビュー] Pixel-z: Studying Substructure and Stellar Populations in Galaxies out to z~3 using Pixel Colors I. Systematics

N. Welikala, Andrew Hopkins+8 more|arXiv (Cornell University)|Dec 12, 2011

CCD and CMOS Imaging Sensors参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、赤方偏移 z ~ 1–3 の高赤方偏移銀河における空間分解された星族特性（年齢、SFR、チリ、金属量）を推定するピクセル- $z$ 法の系統的誤差を、マルチバンドハッブル画像を用いて評価する。光学波長のみの色を用いる場合、モデル依存のバイアス—特に Maraston (2005) と Bruzual & Charlot (2003)/Charlot & Bruzual (2007) モデルの間で顕著—が系統的不確実性を支配しており、10%以上のピクセルで2σを超える差が生じる。近赤外データは z < 1 の銀河ではこれらのバイアスを低減するが、z > 1 の銀河にはほとんど影響がない。

ABSTRACT

We perform a pixel-by-pixel analysis of 467 galaxies in the GOODS-VIMOS survey to study systematic effects in extracting properties of stellar populations (age, dust, metallicity and SFR) from pixel colors using the pixel-z method. The systematics studied include the effect of the input stellar population synthesis model, passband limitations and differences between individual SED fits to pixels and global SED-fitting to a galaxy's colors. We find that with optical-only colors, the systematic errors due to differences among the models are well constrained. The largest impact on the age and SFR e-folding time estimates in the pixels arises from differences between the Maraston models and the Bruzual&amp;Charlot models, when optical colors are used. This results in systematic differences larger than the 2σ uncertainties in over 10 percent of all pixels in the galaxy sample. The effect of restricting the available passbands is more severe. In 26 percent of pixels in the full sample, passband limitations result in systematic biases in the age estimates which are larger than the 2σ uncertainties. Systematic effects from model differences are reexamined using Near-IR colors for a subsample of 46 galaxies in the GOODS-NICMOS survey. For z &gt; 1, the observed optical/NIR colors span the rest frame UV-optical SED, and the use of different models does not significantly bias the estimates of the stellar population parameters compared to using optical-only colors. We then illustrate how pixel-z can be applied robustly to make detailed studies of substructure in high redshift galaxies such as (a) radial gradients of age, SFR, sSFR and dust and (b) the distribution of these properties within subcomponents such as spiral arms and clumps. Finally, we show preliminary results from the CANDELS survey illustrating how the new HST/WFC3 data can be exploited to probe substructure in z~1-3 galaxies.

研究の動機と目的

• 高赤方偏移銀河（z ~ 1–3）における空間分解された星族特性（年齢、SFR、チリ、金属量）をピクセル- $z$ 法で測定する際の系統的誤差を定量化すること。
• 星族合成（SPS）モデルの違いが、ピクセル色から得られる年齢、SFR、チリ、金属量推定値に与える影響を評価すること。
• パスバンド制限（光学波長のみ vs. 光学波長＋近赤外）がピクセル- $z$ 測定における系統的バイアスに与える影響を評価すること。
• 同じ銀河のアパーチャーに対してピクセルレベルのSEDフィッティングとグローバルSEDフィッティングを比較し、一貫性を評価すること。
• ピクセル- $z$ が、z ~ 1–3 のディスク銀河におけるスパイラル腕やクラスタなどの構造的特徴を研究する上でどれほど頑健であるかを示すこと。

提案手法

• 467個の銀河を含む GOODS-VIMOS調査のデータに対して、マルチバンド光度測定（bvizフィルタ）を用いてピクセルごとのSEDフィッティングを実施し、各ピクセルの星族パラメータを導出する。
• 3つのSPSモデル（Maraston, 2005；Bruzual & Charlot, 2003；Charlot & Bruzual, 2007）を比較することで、モデル依存の系統的バイアスを定量化する。
• パスバンド選択の影響を評価するため、46個の銀河のサブセットについて、光学波長のみ（bviz）の結果と近赤外（NICMOS）データを含む結果を比較する。
• 固定アパーチャー内での全光度に対するグローバルSEDフィッティングと、個々のピクセルSEDフィッティングの合計（ピクセル- $z$）の結果を比較し、一貫性を評価する。
• 例としての銀河における半径方向および構成要素別（例：クラスターやスパイラル腕）分析により、ピクセル- $z$ の構造的特徴の解像度の頑健性をテストする。
• 2σ不確実性の比較やSFR推定値の外れ値検出を含む統計的整合性チェックを通じて、結果の妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 星族合成モデルの違いが、ピクセル- $z$ で得られる星族特性の系統的不確実性にどのように影響するか？
• RQ2 パスバンド制限（光学波長のみ vs. 光学波長＋近赤外）が、ピクセル- $z$ からの年齢およびSFR推定値における系統的バイアスに与える影響は何か？
• RQ3 同じ銀河のアパーチャーに対してピクセルレベルのSEDフィッティングとグローバルSEDフィッティングの結果は、SFRなどのパラメータに関してどのように比較できるか？
• RQ4 ピクセル- $z$ は、高赤方偏移ディスク銀河における半径勾配や構成要素特有の特性（例：クラスターやスパイラル腕）を信頼性高く解像できるか？
• RQ5 特に z < 1 と z > 1 の銀河において、モデル差による系統的誤差は赤方偏移にどのように依存するか？

主な発見

• 光学波長のみ（bviz）のパスバンドを用いる場合、SPSモデルの違いに起因する系統的不確実性が、10%以上のピクセルで2σ統計的不確実性を超える。特に、Maraston (2005) と Bruzual & Charlot (2003)/Charlot & Bruzual (2007) モデルの間で最大の差が生じる。
• パスバンド制限により、光学色のみを用いる場合、年齢推定値の系統的バイアスが26%のピクセルで2σを超える。広帯域カバーの重要性が浮き彫りになる。
• 近赤外パスバンドを追加することで、z < 1 の銀河における年齢推定値のモデル依存バイアスが低減され、1σ未満の差を示すピクセルの割合は、光学波長のみのときの0.89から、光学＋近赤外のときの0.81に低下するが、z > 1 の銀河にはほとんど影響がない。
• z > 1 の銀河では、準拠フレームの光学／近赤外色が準拠フレームのUV-光学SEDをカバーしており、z < 1 の場合と比較してモデル差の影響がパラメータ推定値に及ぼす影響が小さい。
• ピクセル- $z$ で得られるSFRは一般的にグローバルSEDフィッティングと一致するが、2つの外れ値集団が存在する：SFR < 1 M☉ yr⁻¹ の銀河ではピクセル- $z$ がSFRを高めに推定し、SFR ~10 M☉ yr⁻¹ の銀河では低めに推定する。
• 系統的不確実性が存在するが、ピクセル- $z$ は半径勾配や構成要素特有の特性（例：クラスターやスパイラル腕）の測定に対して頑健であり、個々の例においてモデル依存バイアスが明確に制御されている。