[論文レビュー] The Galaxy Luminosity Function and Luminosity Density at Redshift z=0.1

Michael R. Blanton, David W. Hogg+17 more|arXiv (Cornell University)|Oct 9, 2002

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 13

ひとこと要約

この論文は、スローンデジタルスカイサーベイ（SDSS）の147,986個の銀河を用いて、赤方偏移z=0.1における銀河の等価光度関数および光度密度を測定する。最大尤度法を用い、フラックスの不確実性、サーベイの限界、光度の進化を考慮した。5つのリースペエイングバンドにおける光度密度を報告し、rバンドの光度密度は(1.84 ± 0.04) × 10⁸ h L☉ Mpc⁻³であった。これは、進化のモデリングを改善したため、以前のSDSSの推定値と比較して約0.5マグニチュードの増加を示している。

ABSTRACT

Using a catalog of 147,986 galaxy redshifts and fluxes from the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) we measure the galaxy luminosity density at z=0.1 in five optical bandpasses corresponding to the SDSS bandpasses shifted to match their restframe shape at z=0.1. We denote the bands {0.1}{u}, {0.1}{g}, {0.1}{r}, {0.1}{i}, {0.1}{z}, with λ_{eff} = [3216, 4240, 5595, 6792, 8111] Angstroms respectively. We use a maximum likelihood method which allows for a general form for the shape of the luminosity function, simple luminosity and number evolution, incorporates flux uncertainties, and accounts for the flux limits of the survey. We find luminosity densities at z=0.1 in absolute AB magnitudes in a Mpc^3 of [-14.10 \pm 0.15, -15.18 \pm 0.03, -15.90 \pm 0.03, -16.24 \pm 0.03, -16.56 \pm 0.02] in [{0.1}{u}, {0.1}{g}, {0.1}{r}, {0.1}{i}, {0.1}{z}], respectively, using Ω_0 =0.3, Ω_Λ=0.7, and h=1, and using Petrosian magnitudes. Similar results are obtained using Sersic model magnitudes, suggesting that flux from outside the Petrosian apertures is not a major correction. In the {0.1}{r} band, the best fit Schechter function to our results has ϕ_\ast = (1.49 \pm 0.04) imes 10^{-2} h^3 Mpc^{-3}, M_\ast - 5\log_{10} h = -20.44 \pm 0.01, and α= -1.05\pm 0.01. In solar luminosities, the luminosity density in {0.1}{r} is (1.84 \pm 0.04) h 10^8 L_{{0.1}{r},\odot} Mpc^{-3}. Our results are consistent with other estimates of the luminosity density, from the Two-degree Field Galaxy Redshift Survey and the Millenium Galaxy Catalog. They represent a substantial change (\sim 0.5 mag) from earlier SDSS luminosity density results based on commissioning data, almost entirely because of the inclusion of evolution in the luminosity function model.

研究の動機と目的

• 大規模かつ高品質な銀河サーベイを用いて、赤方偏移z=0.1における銀河の光度関数および光度密度を測定すること。
• 光度関数モデルに光度および数の進化を組み込むことで、以前のSDSSの結果を改善すること。
• フラックスの不確実性、サーベイのマグニチュード限界、光度計測の系宮的要因が光度密度推定値に与える影響を評価すること。
• 表面輝度選択効果およびスカイ背景減算の問題に対する結果の頑健性をテストすること。
• 銀河形成モデルの制約、質量対光度比、高赤方偏移における進化のための基準データセットを提供すること。

提案手法

• フラックスの不確実性を組み込み、一般関数形を許容する最大尤度法を用いて銀河の光度関数をフィットする。
• Ω₀=0.3、ΩΛ=0.7、h=1の宇宙論的モデルを用い、絶対等価マグニチュードおよび光度密度を計算する。
• 赤方偏移z=0.1における有効波長3216 Åから8111 Åに対応する5つのリースペエイングバンド（⁰.¹u, ⁰.¹g, ⁰.¹r, ⁰.¹i, ⁰.¹z）でフラックスを測定する。
• 結果に与える影響をテストするために、SDSSのPetrosianおよびSérsicモデルマグニチュードの両方を用いる。
• 簡単なパラメトリック形式を用いて光度の進化をモデリングし、尤度関数にサーベイのフラックス限界を組み込む。
• 表面輝度選択効果の有無をテストし、低S/Nおよびスカイ背景アーチファクトの分析により結果を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 光度および数の進化を考慮した場合、リースペエイング光学バンドにおけるz=0.1における銀河の光度密度はどの程度か？
• RQ2 z=0.1における光度関数パラメータ（φ*, M*, α）は、低赤方偏移におけるそれらと比較してどのように異なるのか？また、これは銀河進化に何を示唆するか？
• RQ3 表面輝度選択効果がSDSSサーベイにおける光度密度推定値にどの程度バイアスを及えるか？
• RQ4 Petrosianマグニチュードに基づく結果とSérsicモデルマグニチュードに基づく結果を比較することで、フラックスアパーチャー選択の重要性はどの程度か？
• RQ5 更新された光度密度推定値は、2dFGRSおよびMillenium Galaxy Catalogからの以前の測定値とどのように比較されるか？

主な発見

• z=0.1における⁰.¹rバンドの光度密度は(1.84 ± 0.04) × 10⁸ h L☉ Mpc⁻³であり、これは以前のSDSSのコンmissioningデータ推定値と比較して約0.5マグニチュードの増加を示している。
• ⁰.¹rバンドにおける最良のフィット Schechter 関数パラメータは、φ* = (1.49 ± 0.04) × 10⁻² h³ Mpc⁻³、M* − 5 log₁₀ h = −20.44 ± 0.01、α = −1.05 ± 0.01 であった。
• 5つのリースペエイングバンドにおける光度密度は、それぞれMpc³あたりの絶対ABマグニチュードで[−14.10 ± 0.15, −15.18 ± 0.03, −15.90 ± 0.03, −16.24 ± 0.03, −16.56 ± 0.02]であった。
• Sérsicモデルマグニチュードを用いた結果は、Petrosianマグニチュードを用いた結果と整合的であり、Petrosianアパーチャー外のフラックスが光度密度推定値に顕著に影響しないことを示している。
• A_r ≈ 2までのガリアクチック減光による表面輝度測定の系統的バイアスの証拠は得られず、これはサーベイが低表面輝度で強く不完全ではないことを示唆している。
• 結果は、Two-degree Field Galaxy Redshift SurveyおよびMillenium Galaxy Catalogからの独立した推定値と整合しており、その信頼性と頑健性を支持している。