[論文レビュー] Ultradeep IRAC Observations Of Sub-L* z 7 And z 8 Galaxies In The HUDF: The Contribution Of Low-luminosity Galaxies To The Stellar Mass Density And Reionization.

Ivo Labbé|arXiv (Cornell University)|Oct 6, 2009

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、HUDFにおける14個のz~7および5個のz~8ドロップアウト銀河のrest-frame光学フラックスを、超深視力Spitzer IRAC観測を用いて測定した。その結果、z~7におけるL*未満の銀河が星族質量密度に顕著な貢献を示し、持続的再イオン化を引き起こした可能性が示唆された。z~7銀河の平均星族質量は1.2×10⁹ M☉、年齢は約300 Myr、高い特定星形成率を示しており、これはコンactではあるが若年ではないことを示している。一方、z~8銀河は質量密度の急激な低下を示し、(1+z)⁻⁶の進化に一致している。

ABSTRACT

We study the Spitzer IRAC mid-infrared (rest-frame optical) fluxes of 14 newly WFC3/IR-detected z~7 z_{850}-dropout galaxies and 5 z~8 Y_{105}-dropout galaxies. The WFC3/IR depth and spatial resolution allows accurate removal of contaminating foreground light, enabling reliable flux measurements at 3.6mum and 4.5mum. None of the galaxies are detected to [3.6]=26.9 (AB, 2 sigma), but a stacking analysis reveals a robust detection for the z_{850}-dropouts and upper limit for the Y_{105}-dropouts. We construct average broadband SEDs using the stacked ACS, WFC3, and IRAC fluxes and fit stellar population synthesis models to derive mean redshifts, stellar masses, and ages. For z~7 z_{850}-dropouts, we find z=6.9^{+0.1}_{-0.1}, (U-V)_{rest}=0.3, reddening A_V=0, stellar mass =1.2^{+0.3}_{-0.5} x 10^9Msun (Salpeter IMF). The best-fit ages ~300Myr, M/L_V=0.2, and SSFR~1.7Gyr^{-1} are similar to values reported for luminous z~7 galaxies, indicating the galaxies are smaller but not younger. The sub-L* galaxies observed here contribute significantly to the stellar mass density and under favorable conditions may have provided enough photons for sustained reionization at 7<z<11. In contrast, the z=8.3^{+0.1}_{-0.2} Y_{105}-dropouts have stellar masses that are uncertain by 1.5 dex due to the near-complete reliance on far-UV data. Adopting the 2 sigma upper limit on the M/L(z=8), the stellar mass density (to M_{UV,AB}<-18) declines from 3.7^{+0.9}_{-1.6} x 10^6Msun Mpc^{-3} (z=7) to < 8 x 10^5Msun Mpc^{-3} (z=8), following \propto(1+z)^{-6} over 3<z<8. Much lower masses at z=8 would signify much more dramatic evolution, which can be established with deeper IRAC observations long before the arrival of JWST.

研究の動機と目的

• 深視力IRACデータを用いて、z~7およびz~8の明るさが弱く、高赤方偏移を持つ銀河のrest-frame光学フラックスを測定し、星族質量への寄与を評価すること。
• 初期宇宙におけるL*未満銀河の星族特性（赤方偏移、質量、年齢、SED形状）を特定すること。
• 低周光銀河が宇宙星族質量密度に与える寄与と、7 < z < 11の再イオン化を維持する可能性について評価すること。
• スタッキング法と上限値を用いて、z~7からz~8への星族質量密度の進化を定量化すること。特にz~8ではデータが限られているため。

提案手法

• 高い空間分解能と深さを実現するため、超深視力WFC3/IRおよびSpitzer IRAC画像を用い、正確な前景汚染物質の差し引きを可能にした。
• 14個のz~7 z_{850}-ドロップアウト銀河および5個のz~8 Y_{105}-ドロップアウト銀河に対してスタッキング解析を実施し、個々の非検出状態にもかかわらず、微弱な中赤外フラックスを検出した。
• スタックされたACS、WFC3、およびIRACフラックスを用いて、バンド幅Sedを構築し、星族の性質をモデル化した。
• スタックされたSedに星族合成モデルをフィットさせ、平均赤方偏移、星族質量、年齢、減光量（A_V）を導出した。
• Salpeter初期質量関数（IMF）を適用し、M/L_V比とSSFRを用いて銀河進化と再イオン化の可能性を解釈した。
• z~8におけるIRACフラックスの2σ上限値を用いて、星族質量密度を推定し、1.5 dexの不確実性を伴う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 L*未満のz~7 z_{850}-ドロップアウト銀河の平均星族質量と年齢は何か？また、より明るいz~7銀河と比較してどう異なるか？
• RQ2 z~7における低周光銀河が、宇宙星族質量密度および再イオン化光子バジェットにどの程度貢献しているか？
• RQ3 z~7からz~8への星族質量密度の進化はどのように変化するのか？観測された低下は銀河進化と再イオン化にどのような意味を持つのか？
• RQ4 遠紫外データと中赤外バンドの上限値に依存するz~8における星族質量推定値の信頼性はどの程度か？
• RQ5 z~8における観測された質量密度の進化が(1+z)⁻⁶に従うかどうか？これは、JWSTの打ち上げ前に確認される可能性があるのか？

主な発見

• z~7 z_{850}-ドロップアウト銀河の平均赤方偏移はz = 6.9⁺⁰.¹₋₀.¹であり、写真的赤方偏移と一致しており、(U-V)_{rest}色は0.3で、赤化なし（A_V = 0）である。
• z~7銀河の平均星族質量は1.2⁺⁰.³₋₀.⁵ × 10⁹ M☉（Salpeter IMF）であり、最適フィット年齢は約300 Myr、高い特定星形成率（~1.7 Gyr⁻¹）を示している。
• サイズが小さいにもかかわらず、z~7銀河はより明るいz~7銀河と同程度の進化段階にあり、若年ではないことを示している。
• z~7における星族質量密度（M_{UV,AB} < -18に限定）は3.7⁺⁰.⁹₋₁.⁶ × 10⁶ M☉ Mpc⁻³であり、z~8では< 8 × 10⁵ M☉ Mpc⁻³に低下し、3 < z < 8の間で(1+z)⁻⁶の進化に従っている。
• z~8 Y_{105}-ドロップアウト銀河の星族質量は、遠紫外データとIRACの上限値に依存するため、極めて不確実で、1.5 dexの不確実性範囲にある。
• 観測された質量密度の低下は、z~8で急激な進化を示している可能性があり、JWSTの打ち上げ前により深いIRACデータで確認できる可能性がある。