[論文レビュー] The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey: III. Testing photometric redshifts to 30th magnitude

J. Brinchmann, Hanae Inami+15 more|Leiden Repository (Leiden University)|Oct 13, 2017

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 67被引用数 16

ひとこと要約

本研究は、ハッブル・アンダー・ディープ・フィールドの赤方偏移が0.4〜5の範囲で、MUSEの積分場分光法を基準として、30等まで明るさが及ぶ銀河の光度赤方偏移（photo-z）性能を検証する。3つのphoto-zコード（EAZY, BPZ, BEAGLE）は全明るさ範囲でバイアス <0.05を達成しているが、0.4<z<1.5およびz>3の領域では最大±0.04の系境的オフセットが生じ、|（z_MUSE - pz）/（1+z_MUSE）| > 0.15 となる外れ値の割合は8〜10%に達し、微弱銀河調査において空間的ブレンドが深刻な汚染リスクをもたらすことが判明した。

ABSTRACT

We tested the performance of photometric redshifts for galaxies in the Hubble Ultra Deep field down to 30th magnitude. We compared photometric redshift estimates from three spectral fitting codes from the literature (EAZY, BPZ and BEAGLE) to high quality redshifts for 1227 galaxies from the MUSE integral field spectrograph. All these codes can return photometric redshifts with bias |Dzn|=|z-z_phot|/(1+z)&lt;0.05 down to F775W=30 and spectroscopic incompleteness is unlikely to strongly modify this statement. We have, however, identified clear systematic biases in the determination of photometric redshifts: in the 0.43 they are systematically biased high by up to Dzn = 0.05, an offset that can in part be explained by adjusting the amount of intergalactic absorption applied. In agreement with previous studies we find little difference in the performance of the different codes, but in contrast to those we find that adding extensive ground-based and IRAC photometry actually can worsen photo-z performance for faint galaxies. We find an outlier fraction, defined through |Dzn|&gt;0.15, of 8% for BPZ and 10% for EAZY and BEAGLE, and show explicitly that this is a strong function of magnitude. While this outlier fraction is high relative to numbers presented in the literature for brighter galaxies, they are very comparable to literature results when the depth of the data is taken into account. Finally, we demonstrate that while a redshift might be of high confidence, the association of a spectrum to the photometric object can be very uncertain and lead to a contamination of a few percent in spectroscopic training samples that do not show up as catastrophic outliers, a problem that must be tackled in order to have sufficiently accurate photometric redshifts for future cosmological surveys.

研究の動機と目的

• ハッブル・アンダー・ディープ・フィールドにおける極めて微弱な銀河（30等まで）の光度赤方偏移の正確性を評価すること。
• 高精度なMUSE分光赤方偏移を基準として、広く用いられる3つのphoto-zコード（EAZY, BPZ, BEAGLE）の性能を評価すること。
• 極端な深さにおけるphoto-z推定の系統的バイアスおよび外れ値の割合を同定すること。
• 空間的ブレンドが分光赤方偏移のトレーニングサンプルおよびphoto-zキャリブレーションに与える影響を調査すること。

提案手法

• MUSEの積分場分光法を用いて、m_F775W = 30に達する1,227個の銀河の高精度な赤方偏移を取得した。
• MUSE赤方偏移と比較して、EAZY, BPZ, BEAGLEの光度赤方偏移を、正規化された赤方偏移差分 |（z_MUSE - pz）/（1 + z_MUSE）| を用いて評価した。
• photo-z性能が明るさ、赤方偏移、銀河の色に依存するかを分析した。
• 地上およびIRACの光度データを追加することで、微弱な領域におけるphoto-z精度に与える影響を評価した。
• 赤方偏移割り当てに誤りをもたらす可能性がある、ターゲットよりも強い発光線を示す空間的に一致するより明るい源を持つブレンド銀河の割合を定量化した。
• 間銀河媒体（IGM）吸収モデルの取り扱いが、photo-z推定における系統的バイアスに与える影響を調査した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 m_F775W = 30の銀河における光度赤方偏移の正確性はどの程度で、赤方偏移範囲0.4 < z < 5においてバイアス <0.05を維持するか？
• RQ2 微弱な明るさにおけるEAZY, BPZ, BEAGLEのphoto-z推定に、何らかの系統的バイアスが存在するか、その原因は何か？
• RQ3 広範な地上およびIRAC光度データの追加が、微弱銀河におけるphoto-z性能に与える影響は何か？
• RQ4 空間的ブレンドの影響を受ける銀河の割合はどれくらいで、トレーニングサンプルにおける誤った分光赤方偏移割り当てを引き起こすか？
• RQ5 深刻な外れ値（|Δz/(1+z)| > 0.5）およびブレンド源による汚染が、将来の宇宙論的調査におけるphoto-zキャリブレーションをどの程度損なうか？

主な発見

• EAZY, BPZ, BEAGLEの3つのphoto-zコードは、m_F775W = 30に達するまで、|（z_MUSE - pz）/（1 + z_MUSE）| < 0.05 のバイアスを達成しており、極端な深さでも安定した性能を示している。
• 0.4 < z < 1.5の範囲では最大-0.04（低バイアス）の系統的バイアス、z > 3では最大+0.05（高バイアス）の系統的バイアスが確認され、赤方偏移依存のキャリブレーション問題が示唆された。
• 外れ値の割合（|（z_MUSE - pz）/（1 + z_MUSE）| > 0.15）は、BPZで8%、EAZYおよびBEAGLEで10%に達し、明るさの増加に伴い著しく上昇した。
• 広範な地上およびIRAC光度データの追加は、微弱銀河ではphoto-z性能を悪化させ、明るいサンプルの研究結果とは逆の傾向を示した。
• m_F775W = 25の段階で、1〜2%の銀河が、より明るく、発光線が強い空間的に一致する源を有しており、赤方偏移割り当ての誤りとトレーニングサンプルの汚染リスクをもたらす可能性がある。
• 深刻な外れ値（|Δz/(1+z)| > 0.5）は、EAZYではBEAGLEやBPZよりも2〜3倍多く影響を受けるが、3つのコードで同時に深刻な外れ値となる銀河は0.6%未満であり、複数コードの照合により問題ケースを特定可能であることが示唆された。