[論文レビュー] Three high-redshift millimeter sources and their radio and near-infrared identifications

F. Bertoldi, C. L. Carilli+12 more|arXiv (Cornell University)|Jun 7, 2000

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、IRAM 30 m望遠鏡とPdBI干渉計を用いたミリ波観測により、3つの高赤方偏移のサブミリ波源を特定し、それらが電波および近赤外対応源と一致することを確認した。電波対ミリ波の放射率比から、すべての源の赤方偏移が z > 2 であると示唆され、22個の明るさが低いサブミリ波源の累積的解析により、大多数が z > 2 に存在すると考えられ、高赤方偏移の星形成爆発銀河が支配的であることを支持する。

ABSTRACT

We present millimeter wavelength detections of three faint sources that are most likely high-redshift starburst galaxies. For one of the sources, which was previously discovered with SCUBA at 850 mu m, we present a detection with the IRAM interferometer at 240 GHz (1.25 mm) that shows the object unresolved at an angular resolution of 2.''5, and coincident within 1'' with a radio source and a galaxy detected in the near-infrared. The two other sources were discovered in a deep 250 GHz (1.2 mm) survey with the Max-Planck Millimeter Bolometer (MAMBO) array at the IRAM 30m telescope. Both have fluxes of ~4 mJy and radio counterparts with a 1.4 GHz flux density of ~75 muJy. Their radio-to-mm flux ratios suggest redshifts larger than 2. Both sources are faint in the optical and near-infrared, one showing a 20.5 mag K-band counterpart. From our data and that available in the literature, we estimate the redshift distribution of twenty-two faint mm and sub-mm sources and conclude that the majority of them are likely to be at z>2.

研究の動機と目的

• 高分解能ミリ波干渉計測定による正確な位置決めにより、明るさが低いサブミリ波源の識別を改善すること。
• SCUBAなどのサブミリ波調査で大きな beam サイズを有するため生じる光学および近赤外識別の混乱を解消すること。
• 電波対ミリ波スペクトル指数と理論的モデルを用いて、明るさが低いサブミリ波源の赤方偏移分布を特定すること。
• 高赤方偏移におけるダスト遮へい星形成の宇宙論的意義を評価すること。具体的には、高赤方偏移星形成爆発銀河の特定と特徴抽出を行うこと。

提案手法

• IRAM 30 m望遠鏡に搭載されたMAMBOボロメータアレイを用いて、深さのある250 GHz（1.2 mm）調査を実施し、明るさが低いサブミリ波源を検出する。
• IRAMプラトー・ド・ブール干渉計を用いて、高分解能の240 GHz（1.25 mm）干渉計測定を実施し、1秒以下というサブアーセコンドの源位置を得る。
• VLA 1.4 GHz調査の電波対応源とミリ波源をクロス識別し、電波対ミリ波スペクトル指数を導出する。
• スペクトル指数モデル（CYおよびDCE）を用いて、電波対ミリ波の放射率比から赤方偏移を推定する。赤方偏移に依存しない電波-サブミリ波相関を仮定する。
• 本研究のデータを文献上のソース（例：HDF850.1、Smail et al. 2000、Barger et al. 1999b、Ivison et al. 2000）と統合し、22個の源の累積的赤方偏移分布を構築する。
• 統計的モデル（Press-Schechter形式）を用いて、観測された赤方偏移分布と理論的期待値を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 明るさが低いサブミリ波源の赤方偏移分布は何か？そのうち何割が z > 2 に存在するか？
• RQ2 干渉計による正確なミリ波源位置は、光学および近赤外源識別の曖昧さを解消できるか？
• RQ3 高赤方偏移星形成爆発銀河に対して、電波対ミリ波スペクトル指数は信頼できる赤方偏移指標とみなせるか？
• RQ4 サブミリ波源の観測スペクトル指数は、高赤方偏移における星形成銀河の理論的モデルと整合するか？
• RQ5 宇宙の星形成率に寄与する高赤方偏移星形成爆発銀河の有意な集団が存在する証拠はあるか？

主な発見

• 事前にSCUBAで850 μmで検出済みの3つの源のうち1つは、PdBIで2.5角秒の分解能で1.25 mmで非分解状態であることが確認され、電波源および近赤外銀河と一致した。
• 2つの追加源がMAMBOで250 GHzで検出され、それぞれの放射度は約4 mJy、1.4 GHz電波対応源は約75 μJyであり、電波対ミリ波スペクトル指数が0.77であることが判明した。
• スペクトル指数0.77は、最も確実な赤方偏移が2.5（84%信頼区間で z > 2）を示し、CYモデルによる中央値赤方偏移2.8およびDCEモデルによる2.2と整合的である。
• 22個の明るさが低いサブミリ波源の累積的赤方偏移分布は、z > 2 で急激に上昇しており、多数の源が z > 2 に存在すると考えられ、低赤方偏移の尾部は顕著にない。
• 観測された赤方偏移分布は、偏り係数2のPress-Schechter形式の構造崩壊理論と整合的であるが、偶然に一致した可能性もある。
• 結果は、明るさが低いサブミリ波源の大多数が高赤方偏移星形成爆発銀河であることを確認しており、それらの星形成率は、光学調査で観測される通常の高赤方偏移銀河の10〜100倍高い。