[論文レビュー] The ALMA Frontier Fields Survey III: 1.1 mm Emission Line Identifications in Abell 2744, MACSJ0416.1-2403, MACSJ1149.5+2223, Abell 370, and Abell S1063

Jorge González-López, F. E. Bauer+13 more|UCL Discovery (University College London)|Apr 10, 2017

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 55被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、ALMA 1.1 mm連続スペクトル観測を用いて、5つのフレントゥーフィールズ銀河団で26個のサブミリ波長線スペクトル候補を特定した。深さのある近赤外線画像を活用して線スペクトルを銀河と関連づけた。9つの高信頼度検出を確認し、赤方偏移 0.28–3.07 のCO遷移を含む。星形成暴走銀河が2つ、そして衝撃波ストリッピングを受けるジャネットフィッシュ銀河が1つ特定され、付随するデータを用いた広域連続スペクトル調査における偶然的線スペクトル検出の可能性を示した。

ABSTRACT

Most sub-mm emission line studies of galaxies to date have targeted sources with known redshifts where the frequencies of the lines are well constrained. Recent blind line scans circumvent the spectroscopic redshift requirement, which could represent a selection bias. Our aim is to detect emission lines present in continuum oriented observations. The detection of such lines provides spectroscopic redshift and yields properties of the galaxies. We perform a search for emission lines in the ALMA observations of five Frontier Fields clusters and assess the reliability of our detection by associating line candidates with detected galaxies in deep near-infrared imaging. We find 26 significant emission lines candidates, with observed line fluxes between 0.2-4.6 Jy km s$^{-1}$ and velocity dispersions (FWHM) of 25-600 km s$^{-1}$. Nine of these candidates lie nearby to near-infrared sources, boosting their reliability; in six cases the observed line frequency and strength are consistent with expectations given the photometric redshift and properties of the galaxy counterparts. We present redshift identifications, magnifications and molecular gas estimates for the galaxies with identified lines. We show that two of these candidates likely originate from starburst galaxies, one of which is a jellyfish galaxy, while another two are consistent with being main sequence galaxies based in their depletion times. This work highlights the degree to which serendipitous emission lines can be discovered in large mosaic continuum observations when deep ancillary data are available. The low number of high-significance line detections, however, confirms that such surveys are not as optimal as blind line scans. We stress that Monte Carlo simulations should be used to assess the line detections significances, since using the negative noise suffers from stochasticity and incurs larger uncertainties.

研究の動機と目的

• 5つの大質量銀河団のALMA 1.1 mm連続スペクトル観測において、偶然的に線スペクトルを検出すること。
• 事前の赤方偏移の知識なしに線スペクトルを同定することで、線スペクトル調査における選択バイアスを克服すること。
• 深さのある近赤外線画像を用いて線スペクトル候補を銀河と関連づけることで、検出の信頼性を向上させること。
• 特定された源の赤方偏移、拡大率、分子ガス質量を推定すること。
• 連続スペクトルベースの線スペクトル調査と専用のブラインドラインスキャンとの有効性を評価すること。

提案手法

• アベル2744、MACSJ0416.1-2403、MACSJ1149.5+2223、アベル370、アベルS1063のALMA 1.1 mm連続スペクトルモザイクにおいて、線スペクトルのブラインドサーチを実施した。
• 検出の有意性を評価するために、ネガティブノイズとモンテカルロシミュレーションを用いたが、後者の方が不確実性が低く、ランダム性が小さいため好まれた。
• 空間的一致を評価するために、ハッブル宇宙望遠鏡の近赤外線画像における銀河と線スペクトル候補をクロス照合した。
• 線スペクトル特徴にガウスプロファイルをフィットさせ、輝度、ドーピラー幅（FWHM）、赤方偏移を測定した。
• 光度赤方偏移に基づいて予想される遷移（例：CO線）と、観測された線周波数および強度を比較した。
• 重力レンズモデルを用いて拡大率を補正し、固有の源の性質を導出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 事前の赤方偏移情報なしに、ALMA連続スペクトル観測において線スペクトルを信頼性高く検出できるか？
• RQ2 深さのある近赤外線画像は、偶然的線スペクトル候補の天体物理学的起源を確認するためにどの程度有効か？
• RQ3 検出された源の赤方偏移、線スペクトル同定、および物理的性質（例：SFR、ガス質量）は何か？
• RQ4 専用のブラインドラインスキャン調査と比較して、検出率と信頼性はどのようになるか？
• RQ5 ネガティブノイズと比較して、モンテカルロシミュレーションは線スペクトルの有意性を正確に評価する上で果たす役割は何か？

主な発見

• 合計26個の線スペクトル候補が検出され、観測された線スペクトルの輝度は0.2～4.6 Jy km s⁻¹、FWHM速度分散は25～600 km s⁻¹の範囲であった。
• 9個の線スペクトル候補が近赤外線銀河に近接して位置しており、信頼性が向上した。そのうち6つは、光度赤方偏移における予想されるCO遷移と一致する周波数および強度を示した。
• 2つの源が星形成暴走銀河として同定された：1つは衝撃波ストリッピングを受けるジャネットフィッシュ銀河であり、もう1つは高いSFRを示す明るい星形成暴走銀河であった。
• 2つの追加の源は、主系列銀河と一致しており、分子ガスの消費時間スケールから中程度の星形成効率が示唆された。
• 本研究では、モンテカルロシミュレーションが正確な有意性評価に不可欠であることを確認した。ネガティブノイズでは、不確実性とランダム性が高くなるためである。
• 偶然的検出の成功にもかかわらず、高有意度検出数の少なさから、大規模な線スペクトル調査においては、連続スペクトル調査は専用のブラインドラインスキャンに比べて最適ではないことが確認された。