[論文レビュー] UV Luminosity Functions at redshifts z~4 to z~10: 10000 Galaxies from HST Legacy Fields

R. J. Bouwens, G. D. Illingworth+12 more|ThinkIR: The University of Louisville's Institutional Repository (University of Louisville)|Mar 17, 2014

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 24

ひとこと要約

本研究では、ハッブル宇宙望遠鏡のレガシーフィールドから得た10,000個の銀河候補を用いて、z~4からz~10における最も広範なUV光度関数（LF）測定を実施した。その結果、明るさの低い端での勾配（α）に顕著な進化が見られ、z~4ではα = -1.64 ± 0.04からz~7ではα = -2.06 ± 0.13にまで急激に傾きがきつくなることが明らかになった。これはハロー質量関数の進化と整合的であり、M*はほとんど変化せず、φ*が観測されたLF進化の主因であることが示された。

ABSTRACT

The remarkable HST datasets from the CANDELS, HUDF09, HUDF12, ERS, and BoRG/HIPPIES programs have allowed us to map out the evolution of the UV LF from z~10 to z~4. We have identified 5859, 3001, 857, 481, 217, and 6 galaxy candidates at z~4, z~5, z~6, z~7, z~8, and z~10, respectively from the ~1000 arcmin**2 area probed. The selection of z~4-8 galaxies over the five CANDELS fields allows us to assess the cosmic variance; the largest variations are apparent at z>=7. Our new LF determinations at z~4 and z~5 span a 6-mag baseline (-22.5 to -16 AB mag). These determinations agree well with previous estimates, but the larger samples and volumes probed here result in a more reliable sampling of >L* galaxies and allow us to reassess the form of the UV LFs. Our new LF results strengthen our earlier findings to 3.4 sigma significance for a steeper faint-end slope to the UV LF at z>4, with alpha evolving from alpha=-1.64+/-0.04 at z~4 to alpha=-2.06+/-0.13 at z~7 (and alpha = -2.02+/-0.23 at z~8), consistent with that expected from the evolution of the halo mass function. With our improved constraints at the bright end, we find less evolution in the characteristic luminosity M* over the redshift range z~4 to z~7; the observed evolution in the LF is now largely represented by changes in phi*. No evidence for a non-Schechter-like form to the z~4-8 LFs is found. A simple conditional LF model based on halo growth and evolution in the M/L ratio of halos ((1+z)**-1.5) provides a good representation of the observed evolution.

研究の動機と目的

• z~4からz~10にわたり、前例のない統計的パワーを活用して、レストフレームUV光度関数（LF）を測定すること。
• 高赤方偏移銀河の数密度における宇宙分散およびフィールド間のフラクチュエーションを評価すること。
• UV LFの進化がSchechter関数パラメータ（M*, φ*, α）に基づくものかどうかをテストすること、あるいは非Schechter形式を必要とするかどうかを検証すること。
• ハロー成長とM/Lの進化に基づく条件付き光度関数（CLF）を用いて、観測されたLF進化をモデル化すること。
• 改善されたLF制約を用いて、銀河進化が宇宙再電離に与える影響を評価すること。

提案手法

• CANDELS、HUDF09、HUDF12、ERS、およびBoRG/HIPPIESのHSTレガシーデータセットを用い、約1000平方弧度の広範囲にわたる深さのあるデータを活用した。
• 不完全性と赤方偏移のギャップを最小限に抑えるために、光学、近赤外、中赤外データを用いた新しい色選別基準を開発した。
• それぞれz~4、5、6、7、8、10で5859個、3001個、857個、481個、217個、6個の銀河候補を特定した。
• 赤方偏移にわたるM*、φ*、αの測定を目的に、UV LFにSchechter関数をフィットした。
• 5つの独立したCANDELSフィールド間の銀河数密度を比較することで、宇宙分散を定量化した。
• ハロー成長とM/L ∝ (1+z)^{-1.5}を仮定した条件付き光度関数（CLF）モデルを構築し、観測されたLF進化を再現した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 UV光度関数は、Schechterパラメータの観点から、z~4からz~10にかけてどのように進化するか？
• RQ2 フィールド間の変動（宇宙分散）は、高赤方偏移銀河の観測数密度にどの程度影響を及ぼすか？
• RQ3 観測されたUV LFの進化は、ハロー質量関数とM/Lの進化に基づく単純なCLFモデルと整合的か？
• RQ4 明るさの低い端での勾配αは赤方偏移とともに顕著に変化するか？また、その進化はハロー質量関数の予測と整合的か？
• RQ5 z~10における高光度銀河は、M*の進化を制約するために果たす役割は何か？

主な発見

• UV LFの明るさの低い端での勾配αは、z~4ではα = -1.64 ± 0.04からz~7ではα = -2.06 ± 0.13にまで急激に傾きがきつくなる。z~8ではα = -2.02 ± 0.23であり、明るさの低い銀河の数が顕著に増加していることを示唆している。
• 特徴的絶対等級M*は、z~7からz~4にかけてほとんど変化せず、観測されたLF進化は主に正規化φ*の変化に起因している。
• 観測されたUV LFの進化はSchechter関数でよく説明され、z~4～8では非Schechter形式の兆候は見当たらない。
• ハロー成長とM/L ∝ (1+z)^{-1.5}を仮定した単純なCLFモデルは、z~4からz~10にわたるSchechter関数の3つのパラメータの進化をうまく再現した。
• 体積密度φ*はφ* ∝ 10^{-0.27(z-6)}と進化し、最良適合関係はφ* = (0.47_{-0.10}^{+0.11}) × 10^{-0.27(z-6)} × 10^{-3} Mpc^{-3}である。
• z~10では高光度銀河（M_UV ≲ -21 mag）の検出が確認されたことから、M*は顕著に変化しないことが示され、初期銀河形成のモデルを制約する要因となった。