[論文レビュー] The MUSE Hubble Ultra Deep Field surveys: Data release II

Roland Bacon, J. Brinchmann+31 more|arXiv (Cornell University)|Nov 15, 2022

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、MUSE Hubble Ultra Deep Field調査の第二回データリリースを提示し、141時間の適応光学支援観測を用いて、これまでで最も深い積分場分光観測を実現した。2,221個の赤方偏移が確認された銀河を同定し、初回リリース比で41%多く、特にハッブル宇宙望遠鏡では検出できなかった明るさが低く、等価幅が大きなLyα発光銀河を明らかにした。最も深い領域では3σの全光度限界が6.3×10⁻²⁰ erg s⁻¹ cm⁻²に達した。

ABSTRACT

We present the second data release of the MUSE Hubble UDF surveys, which includes the deepest spectroscopic survey ever performed. The MUSE data, with their 3D content, amazing depth, wide spectral range, and excellent spatial and medium spectral resolution, are rich in information. This update of the first release incorporates a new 141-hour adaptive-optics-assisted MXDF field (1' diameter FoV) in addition to the reprocessed 10-hour mosaic (3'x3') and the single 31-hour deep field (1'x1'). We have securely identified and measured the redshift of 2221 sources, an increase of 41% compared to the first release. With the exception of 8 stars, the collected sample consists of 25 nearby galaxies (z < 0.25), 677 OII emitters (z=0.25-1.5), 201 galaxies in the MUSE redshift desert range (z=1.5-2.8), and 1308 LAEs (z=2.8-6.7). This represents an order of magnitude more redshifts than the collection of all spectroscopic redshifts obtained before MUSE in the Hubble UDF area (2221 vs 292). At z > 3, the difference is even more striking, with a factor of 65 increase (1308 vs 20). We compared the measured redshifts against three published photometric redshift catalogs and find the photo-z accuracy to be lower than the constraints provided by photo-z fitting codes. 80% of the galaxies have an HST counterpart. They are on average faint, with a median magnitude of 25.7 and 28.7 for the OII and Ly-alpha emitters, respectively. SED fits show that these galaxies tend to be low-mass star-forming galaxies, with a median stellar mass of 6.2 10**8 M and a median SFR of 0.4 M/yr. 20% of our catalog, or 424 galaxies, have no HST counterpart. The vast majority of these new sources are high EQW z>2.8 LAEs that are detected by MUSE thanks to their bright and asymmetric broad Ly-alpha line. We release advanced data products, specific software, and a web interface to select and download data sets.

研究の動機と目的

• ESOの望遠鏡を用いたMUSEを用いて、ハッブル・スーパー・ディープ・フィールドで最も深い積分場分光観測を提供すること。
• 特にLyα発光銀河を含め、これまでの調査をはるかに上回る高赤方偏移銀河の分光的確認数を大幅に増加させること。
• 天文学コミュニティが利用可能な均一で高信頼性のデータ製品を、高度な低減および解析手法を用いて提供すること。
• ハッブル宇宙望遠鏡の深さと分解能の限界により検出されなかった、明るさが低く、等価幅が大きなLyα発光銀河を同定・特徴づけること。
• 公開データ製品、ソフトウェア、ウェブインターフェースを提供し、広範な科学的利用と再利用を可能にすること。

提案手法

• 3つの観測モード（10時間の3×3弧度分²のモザイク、31時間の単一深域フィールド、141時間の適応光学支援MUSE eXtremely Deep Field（MXDF））を用いて、深さのあるMUSE積分場分光観測を実施。MXDFの視野は1弧度分の直径。
• 3つのデータセットすべてに、均一で高度なデータ低減および源抽出パイプラインを適用し、一貫性のあるフラックス校正とスペクトル分解能を確保。
• 発光線（例：[O ii]、Lyα）の自動赤方偏移測定技術を用い、信頼性の高いラインフィッティングと信号対雑音比のしきい値を設定。
• Rafelskiら（2015）のカタログから得た11バンドのハッブル宇宙望遠鏡（HST）光度測定データを用いて、スペクトルエネルギー分布（SED）フィッティングをMagphysおよびProspectorコードで実行し、星形成質量と星形成率を導出。
• HSTとの比較により、赤方偏移チャンクと明るさの限界で、MUSEの源カウントがHSTの源カタログとどの程度一致するかを評価し、完全性を定量化。
• 赤方偏移の正確性を検証するため、3つの光度赤方偏移カタログ（Rafelskiら、2015；Momchevaら、2016；Merlinら、2021）と照合し、散乱と外れ値の割合を評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ハッブル・スーパー・ディープ・フィールドにおけるMUSEの最も深い観測で、新たに分光的に確認された銀河、特に高赤方偏移Lyα発光銀河はどれくらいの数が同定されたか？
• RQ2 MUSE観測は、ハッブル宇宙望遠鏡の検出限界以下にある銀河、特に等価幅が大きなLyα発光銀河をどの程度検出できるか？
• RQ3 同じ領域における既存の光度赤方偏移カタログの精度は、MUSEから得られた分光的赤方偏移と比べてどの程度か？
• RQ4 MUSEデータで同定された明るさが低く、高赤方偏移の銀河の典型的な物理的性質（星形成質量、星形成率）は何か？
• RQ5 MUSEカタログの完全性は、異なる赤方偏移と明るさのチャンクでHSTと比べてどの程度か？

主な発見

• MUSE Hubble Ultra Deep Field DR2は、2,221個の明確な赤方偏移が確認された銀河を同定し、初回リリース比で41%の増加を達成した。
• 141時間のMXDFは、非分解発光線に対して3σ点源の全光度限界が6.3×10⁻²⁰ erg s⁻¹ cm⁻²に達し、これまでに実施された中で最も深い分光観測となった。
• 2,221個の源のうち1,308個が赤方偏移z=2.8〜6.7のLyα発光銀河であり、同じ領域で過去の分光観測調査と比べて65倍の増加を示した。
• カタログの20％（424個）はHSTの対応源がなく、主に明るさが低く、非対称な線プロファイルを示す等価幅が大きなLyα発光銀河であった。
• [O ii]発光銀河の中央値AB等級は25.7、Lyα発光銀河は28.7であり、中央値星形成質量は6.2×10⁸ M☉、中央値星形成率は0.4 M☉ yr⁻¹であった。
• 最も深いMXDF領域では、F775W AB等級27.6（z=0.8〜1.6）および28.7（z=3.2〜4.5）で完全性が50％に達し、極めて明るさが低い銀河の検出感度を確認した。