[論文レビュー] The Great Observatories Origins Deep Survey - VLT/ISAAC Near-Infrared Imaging of the GOODS-South Field

J. Retzlaff, P. Rosati+6 more|arXiv (Cornell University)|Dec 7, 2009

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 44被引用数 69

ひとこと要約

本論文は、GOODS-South領域における深さの高い近赤外VLT/ISAAC画像を最終公開するもので、173 arcmin²の領域において5σ限界等級がJ=25.0、H=24.5、Ks=24.4に達している。本調査は、類似する領域における既存の地上望遠鏡近赤外調査を上回る深さと面積を実現し、明るさの端末における対数的勾配が0.24–0.27 mag⁻¹と高く、宇宙分散が最小限に抑えられ、高赤方偏移銀河の進化に関する研究を著しく前進させる。

ABSTRACT

We present the final public data release of the VLT/ISAAC near-infrared imaging survey in the GOODS-South field. The survey covers an area of 172.5, 159.6 and 173.1 arcmin^2 in the J, H, and Ks bands, respectively. For point sources total limiting magnitudes of J=25.0, H=24.5, and Ks=24.4 (5 sigma, AB) are reached within 75% of the survey area. Thus these observations are significantly deeper than the previous EIS Deep Public Survey which covers the same region. The image quality is characterized by a point spread function ranging between 0.34 arcsec and 0.65 arcsec FWHM. The images are registered with an accuracy of ~0.06 arcsec RMS over the whole field. The overall photometric accuracy, including all systematic effects, adds up to 0.05 mag. The data are publicly available from the ESO science archive facility. We define a catalog of Ks-selected sources which contains JHKs photometry for 7079 objects. We briefly discuss the resulting color distributions in the context of available redshift data. Furthermore, we estimate the completeness fraction and relative contamination due to spurious detections for source catalogs extracted from the survey data. With respect to previous deep near-infrared surveys, the surface density of faint galaxies has been established with unprecedented accuracy by virtue of the unique combination of depth and area of this survey. We derived galaxy number counts over eight magnitudes in flux up to J=25.25, H=25.0, Ks=25.25 (in the AB system). Very similar faint-end logarithmic slopes between 0.24 and 0.27 per mag were measured in the three bands. We found no evidence for a significant change in the slope of the logarithmic galaxy number counts at the faint end.

研究の動機と目的

• 高赤方偏移銀河形成および進化に関する研究を支援するため、GOODS-South領域における深さの高い高精度な近赤外画像調査を提供すること。
• 100 arcmin²を超える連続領域を組み合わせた優れた深さを備えることで、従来の調査の限界を克服すること。
• 広く天文コミュニティが利用可能な、正確な位置合わせと光度測定を備えた公開データセットを提供すること。
• 画像シミュレーションと超深宇宙望遠鏡（Hubble Ultra Deep Field）データを用いて、明るさの端末における源の完全性と汚染度を定量化すること。
• 宇宙分散と系誤差を最小限に抑えた高精度な銀河数密度測定を行うこと。

提案手法

• パラナル天文台に設置されたVLT/ISAAC機器を用いて、J、H、Ksバンドの深さのある画像を取得し、それぞれ172.5、159.6、173.1 arcmin²の領域をカバーした。
• GSC 2.2カタログへの正確な位置合わせ（RMS精度約0.06 arcsec）と、2MASSおよび内部チェックによる光度校正を含む、きめ細やかなデータ還元と位置合わせ校正を実施した。
• 空間的変動を定量的に評価するため、スカイ背景ノイズを経験的にモデル化し、調査領域全体における限界深さと光度測定誤差の変動を特定した。
• PSFの変動を補正し、フラックス測定バイアスを回避するために、相対的アパーチャー補正を色測定に適用した。
• Ksバンドで選別された7,079個の天体から成る源カタログ（JHKs光度測定付き）を構築し、画像シミュレーションとハッブル超深宇宙望遠鏡（UDF）データとの比較により検証した。
• UDFデータと広範な画像シミュレーションを組み合わせて、源カタログの完全性と汚染度を定量化し、宇宙分散とポisson的フラクチュエーションを考慮した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GOODS-South領域におけるJ、H、Ksバンドの明るさの端末における銀河の表面密度はどの程度で、過去の調査と比較してどう異なるか？
• RQ2 銀河数密度の対数的勾配が、明るさの端末で顕著に変化するかどうか。これは、高赤方偏移銀河集団の進化を示唆する可能性がある。
• RQ3 光度校正やPSFの変動といった系統的誤差が、明るさの端末における銀河光度測定と数密度の信頼性に及ぼす影響はどの程度か？
• RQ4 宇宙分散とポisson的フラクチュエーションが、銀河数密度の総誤差にどの程度寄与しており、異なる等級帯でそれぞれの影響がどのように異なるか？
• RQ5 明るさの端末におけるKsバンド選別源カタログの真の完全性と汚染率はどの程度か？

主な発見

• 調査領域の75％において、ABシステムでJ=25.0、H=24.5、Ks=24.4の5σ限界等級に達しており、同領域における既存の地上望遠鏡近赤外調査を上回る深さを実現した。
• 銀河数密度は、フラックスで8等級にわたり測定され、J=25.25、H=25.0、Ks=25.25 AB等級にまで達した。3バンドすべてで、明るさの端末における対数的勾配が0.24～0.27 mag⁻¹と非常に類似しており、一貫性がある。
• 明るさの端末における数密度の対数的勾配の変化は顕著に認められず、明るさ範囲全体にわたり高赤方偏移銀河集団が一貫した集団であることが示唆された。
• 系統的効果を含めた全体の光度測定精度は≤0.05 mag、内部校正精度は≤0.017 mag（1σ）と測定され、高い信頼性が保証された。
• 宇宙分散は、m<24の等級帯で誤差予算の3.0–3.4％を占め、ポisson的誤差を1.7～2.1倍に増幅させた。これは、深さの高い調査において宇宙分散の重要性を示している。
• 本調査は、100 arcmin²を超える連続領域における、これまでで最も深い近赤外画像データセットを提供しており、Hバンドにおいても地上望遠鏡調査で同程度の深さに達したものは存在しない。