[論文レビュー] The ALPINE-ALMA [C II] survey: Luminosity function of serendipitous [C II] line emitters at z ∼5

Federica Loiacono, Roberto Decarli+34 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 119被引用数 61

ひとこと要約

本研究は、ALPINEターゲットのALMA観測において偶然に検出された[C II]線発光体のサンプルから、z ∼5における最初の[C II] 158 µm ルミノシティ関数（LF）を提示する。赤 redshift に近いALPINEターゲットの周囲に位置する集積的およびフィールドのサブサンプルに分ける12個の[C II]源（8つが確認済み、4つが候補）を用いて、宇宙の星形成率密度（SFRD）がUVサーベイが示す値の約1.6倍であることが判明した。特に集積的サブサンプルではSFRDが最大で約10倍に達しており、過密な環境によるバイアスの可能性を示唆し、高赤方偏移における星形成を制約するためにはより大きなサンプルが必要であることを強調している。

ABSTRACT

We present the first [C II] 158 μm luminosity function (LF) at z ∼ 5 from a sample of serendipitous lines detected in the ALMA Large Program to INvestigate [C II] at Early times (ALPINE). A study of the 118 ALPINE pointings revealed several serendipitous lines. Based on their fidelity, we selected 14 lines for the final catalog. According to the redshift of their counterparts, we identified eight out of 14 detections as [C II] lines at z ∼ 5, along with two as CO transitions at lower redshifts. The remaining four lines have an elusive identification in the available catalogs and we considered them as [C II] candidates. We used the eight confirmed [C II] and the four [C II] candidates to build one of the first [C II] LFs at z ∼ 5. We found that 11 out of these 12 sources have a redshift very similar to that of the ALPINE target in the same pointing, suggesting the presence of overdensities around the targets. Therefore, we split the sample in two (a "clustered"and "field"subsample) according to their redshift separation and built two separate LFs. Our estimates suggest that there could be an evolution of the [C II] LF between z ∼ 5 and z ∼ 0. By converting the [C II] luminosity to the star-formation rate, we evaluated the cosmic star-formation rate density (SFRD) at z ∼ 5. The clustered sample results in a SFRD ∼10 times higher than previous measurements from UV-selected galaxies. On the other hand, from the field sample (likely representing the average galaxy population), we derived a SFRD ∼1.6 higher compared to current estimates from UV surveys but compatible within the errors. Because of the large uncertainties, observations of larger samples will be necessary to better constrain the SFRD at z ∼ 5. This study represents one of the first efforts aimed at characterizing the demography of [C II] emitters at z ∼ 5 using a mm selection of galaxies.

研究の動機と目的

• 本研究の主な目的は、UVまたはIRによる事前選択を避けるために、[C II]線発光に基づいて完全に選択された銀河を用いて、z ∼5における最初の[C II]ルミノシティ関数を構築することである。
• z ∼5における[C II]発光体が宇宙の星形成率密度（SFRD）に果たす役割を、特にUV選択サンプルと比較して評価すること。
• ALPINEターゲットからの赤方偏移の近さに基づいて「集積的」と「フィールド」サブサンプルに分けることで、大規模構造および集積の影響が[C II] LFに与える影響を調査すること。
• 得られた[C II] LFが、連続スペクトル選択源からの他の観測的推定値や既存のモデルと整合しているかを評価すること。

提案手法

• 118個のALPINE ALMAポイントに対して、スペクトル線のブラインドサーチを実施し、偶然検出された線に注目した。
• 検出の信頼性と完全性を評価し、14個の高信頼度の線発光体（12個が85％以上の信頼度）を保持した。
• 位置の一致を多波長の光度カタログと照合し、分光的または光度的赤方偏移を用いて線の起源を特定した。
• 確認済み[C II]発光体（z ∼5付近に8つ）、CO遷移（低赤方偏移に2つ）、[C II]候補（対応物が曖昧または赤方偏移が不確か）に分類した。
• ALPINEターゲットからの赤方偏移差（|Δz| < 0.0154、すなわち|Δv| < 750 km s⁻¹）に基づいて、サンプルを「集積的」と「フィールド」サブサンプルに分割した。
• Schechter関数フィットを用いて、集積的およびフィールドサブサンプルそれぞれの[C II]ルミノシティ関数を構築し、De Loozeら（2014）の補正法を用いてルミノシティ密度を星形成率密度（SFRD）に変換した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 UVまたはIRによる事前選択を避けて、[C II]線発光に基づいて選択された銀河のサンプルから導かれたz ∼5における[C II]ルミノシティ関数は、どのようにして得られるか？
• RQ2 UV選択銀河や連続スペクトル選択源から得られたものと比較して、z ∼5における[C II] LFはどのように異なるか？
• RQ3 ALPINEターゲットの周囲に集積する源の存在が、[C II] LFに与える影響はどの程度か、大規模構造の影響としての集積の程度は？
• RQ4 [C II] LFから推定されるz ∼5における宇宙の星形成率密度（SFRD）は何か？ そして、現在のUVベースの推定値と比較するとどうなるか？
• RQ5 z ∼5からz ∼0にかけて[C II] LFに進化の兆しが見られるか？ そして、これは初期の銀河における遮蔽された星形成の役割に何を示唆するか？

主な発見

• z ∼5における[C II]ルミノシティ関数は、[C II]線発光に基づいて完全に選択された12の源（確認済み[C II]発光体8つ、候補4つ）を用いて構築された。これはこの赤方偏移で初めてのものである。
• 12個の源のうち11個が、同じポイントに位置するALPINEターゲットの周囲に強く集積しており、赤方偏移差|Δz| < 0.0154（|Δv| < 750 km s⁻¹）である。これは過密な環境を示している。
• 集積的サブサンプルは、フィールドサブサンプルと比較してルミノシティが約10倍高いルミノシティ関数を示しており、[C II]ルミノシティが環境に強く依存している可能性を示唆している。
• フィールドサブサンプルは、現在のUVベースの推定値と比較して、星形成率密度（SFRD）が約1.6倍高いが、大きな誤差範囲内にあり、この段階で顕著な遮蔽された星形成成分の存在を示す明確な証拠はない。
• 集積的サブサンプルでは、UVベースの推定値と比較してSFRDが最大で約10倍に達しており、過密な環境によるバイアスの可能性を示唆し、集積的サンプルに依存する場合、SFRDを過大評価するリスクがあることを強調している。
• 観測された[C II] LFは、z ∼5からz ∼0への進化の可能性を示唆しているが、統計的不確実性のため、より大きなサンプルによる確認が必要である。