[論文レビュー] Uncertainties in SDSS galaxy parameter determination: 3D photometrical modelling of test galaxies and restoration of their structural parameters

Elmo Tempel, A. Tamm+2 more|arXiv (Cornell University)|May 29, 2012

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ひとこと要約

本研究では、SDSSに類似した画像から銀河の構造的パラメータを再構築するための3次元フォトメトリックモデリング手法を提示する。軸対称なバルジ＋ディスクモデルを用い、全光度とサイズの回復精度が0.5マグニチュード未満であり、バルジ対ディスク比の精度は40%以内、ほとんどの銀河で傾きの誤差が5°未塔である。これは現実的な観測条件下でも高い頑健性を示している。

ABSTRACT

Because of the 3D nature of galaxies, an algorithm for constructing spatial density distribution models of galaxies on the basis of galaxy images has many advantages over surface density distribution approximations. We present a method for deriving spatial structure and overall parameters of galaxies from images and estimate its accuracy and derived parameter degeneracies on a sample of idealised model galaxies. The test galaxies consist of a disc-like component and a spheroidal component with varying proportions and properties. Both components are assumed to be axially symmetric and coplanar. We simulate these test galaxies as if observed in the SDSS project through ugriz filters, thus gaining a set of realistically imperfect images of galaxies with known intrinsic properties. These artificial SDSS galaxies were thereafter remodelled by approximating the surface brightness distribution with a 2D projection of a bulge+disc spatial distribution model and the restored parameters were compared to the initial ones. Down to the r-band limiting magnitude 18, errors of the restored integral luminosities and colour indices remain within 0.05 mag and errors of the luminosities of individual components within 0.2 mag. Accuracy of the restored bulge-to-disc ratios (B/D) is within 40% in most cases, and becomes worse for galaxies with low B/D, but the general balance between bulges and discs is not shifted systematically. Assuming that the intrinsic disc axial ratio is < 0.3, the inclination angles can be estimated with errors < 5deg for most of the galaxies with B/D < 2 and with errors < 15deg up to B/D = 6. Errors of the recovered sizes of the galactic components are below 10% in most cases. In general, models of disc components are more accurate than models of spheroidal components for geometrical reasons.

研究の動機と目的

• 2次元画像から空間的銀河構造を再構築する3次元フォトメトリックモデリング手法を開発し、表面輝度近似の制限を克服すること。
• 現実的なSDSS観測条件下で回復された構造的パラメータ（全光度、サイズ、バルジ対ディスク比など）の精度とデゲネラシーを評価すること。
• 特にディスクの軸比と傾きが、パラメータ回復誤差に与える影響を評価すること。
• SDSSフォトメトリのノイズと限 magnitude が、成分の性質（例：バルジおよびディスクの全光度、サイズ）に与える影響を定量化すること。
• 再構築プロセスにおいて、ディスクと球状成分の全体的なバランスに系統的バイアスが生じるかどうかを特定すること。

提案手法

• 軸対称で同一平面上のディスクおよび球状成分を有する理想化された銀河を、バルジ対ディスク比および構造的パラメータを変化させてシミュレートする。
• ノイズとr = 18までの限 magnitude が含まれる実際の観測条件を再現するため、合成されたSDSS ugrizバンド画像を生成する。
• シミュレートされた画像の表面輝度に適合させるために、バルジ＋ディスクの空間的密度分布の2次元投影モデルを適用する。
• 適合したモデルパラメータを用いて、全光度、サイズ、傾き角などの内在的構造的性質を回復する。
• 回復されたパラメータを既知の入力値と比較し、誤差とデゲネラシーを定量化する。
• ディスクの軸比（≤ 0.3）が傾き角推定精度に与える影響を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 3次元フォトメトリックモデリングは、SDSSに類似した画像から銀河の全光度および成分の全光度をどの程度正確に回復できるか？
• RQ2 異なる内在的バルジ対ディスク比（B/D）の下で、回復されたバルジ対ディスク比（B/D）の精度はどの程度か？低B/D値で精度がどのように低下するか？
• RQ3 特にディスクが扁平である場合、2次元画像から銀河の傾き角をどの程度信頼性を持って推定できるか？
• RQ4 ディスク成分と球状成分のサイズ推定誤差はどのように比較されるか？観察された精度の違いを説明する要因は何か？
• RQ5 特にディスクとバルジ成分のバランスに、系統的バイアスが回復された構造的パラメータに影響を及ぼすか？

主な発見

• 全光度および色指標は、rバンドの限 magnitude が18に達するまで、誤差が0.05マグニチュード未塔で回復される。
• 個々の成分（バルジおよびディスク）の全光度は、誤差が0.2マグニチュード以内で回復され、フラックス測定の高精度を示している。
• バルジ対ディスク比は中央値で40%以内の精度で回復されるが、低B/D値の銀河では精度が低下する。
• 傾き角は、B/D < 2の銀河では5°未塔の誤差で推定されるが、B/D = 6の場合は最大で15°の誤差を示す（ディスクの軸比が≤ 0.3である前提）。
• 成分のサイズ推定はほとんどの場合で10%未塔の誤差であり、幾何的制約のためディスク成分の方が球状成分よりも正確に回復される。
• パラメータのデゲネラシーが存在するにもかかわらず、バルジとディスクの全体的なバランスに顕著な系統的シフトは観察されない。