[논문 리뷰] A JVLA 10~degree^2 deep survey

M. J. Jarvis, S. Bhatnagar외 11명|arXiv (Cornell University)|2014. 01. 16.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 3인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 칼 자nsky 매우 큰 어레이(JVLA)의 L밴드에서 10 제곱도의 깊은 라디오 조사 방법을 제안하며, 1.5 µJy의 감도를 확보하여 z ~ 1까지의 성간 형성은 물론 z ~ 6까지의 높은 적색이동을 가진 적외선 강한 은하까지 탐지할 수 있도록 한다. 이 조사는 우주의 시간에 걸쳐 은하 형성과 AGN 활동의 완전한 통계를 제공하며, 전체 스토크스 편광 및 스펙트럼선 기능을 갖추고 있어 천체역학적 변동성을 해소하고 고역폭 이미징을 가능하게 하기 위해 고도로 발전된 방향 의존 보정 기법을 적용한다.

ABSTRACT

(Abridged)One of the fundamental challenges for astrophysics in the 21st century is finding a way to untangle the physical processes that govern galaxy formation and evolution. Given the importance and scope of this problem, the multi-wavelength astronomical community has used the past decade to build up a wealth of information over specific extragalactic deep fields to address key questions in galaxy formation and evolution. These fields generally cover at least 10square degrees to facilitate the investigation of the rarest, typically most massive, galaxies and AGN. Furthermore, such areal coverage allows the environments to be fully accounted for, thereby linking the single halo to the two-halo terms in the halo occupation distribution. Surveys at radio wavelengths have begun to lag behind those at other wavelengths, especially in this medium-deep survey tier. However, the survey speed offered by the JVLA means that we can now reach a point where we can begin to obtain commensurate data at radio wavelengths to those which already exists from the X-ray through to the far-infrared over ~10 square degrees. We therefore present the case for a 10 square degree survey to 1.5uJy at L-band in A or B Array, requiring ~4000 hours to provide census of star-formation and AGN-accretion activity in the Universe. For example, the observations will allow galaxies forming stars at 10Msolar/yr to be detected out to z~1 and luminous infrared galaxies (1000Msolar/yr to be found out to z~6. Furthermore, the survey area ensures that we will have enough cosmic volume to find these rare sources at all epochs. The bandwidth will allow us to determine the polarisation properties galaxies in the high-redshift Universe as a function of stellar mass, morphology and redshift.

연구 동기 및 목표

• 현재 깊이 있고 넓은 영역의 라디오 조사가 부족한 점을 보완하기 위해, 우주의 시간에 걸쳐 은하 형성과 AGN 활동을 탐지할 수 있도록 10 deg²의 조사를 제공한다.
• 우주적 변동성을 최소화하기 위해 충분한 천체 볼륨을 커버함으로써 라디오로 빛나는 천체, 특히 희귀하고 고적색이동을 가진 은하 및 AGN의 완전한 통계를 확보한다.
• 고도로 발전된 방향 의존 보정 및 A-projection 기법을 통해 스토크스 I, Q, U, V에서 300만:1을 초월하는 고역폭 이미징을 달성한다.
• 기존의 다중파장 조사(예: COSMOS, XMM-LSS, ECDFS)와 함께 공통적으로 사용 가능한 라디오 데이터 세트를 제공하여 다중 대역 분석을 가능하게 한다.
• Radio Galaxy Zoo와 같은 향후 시민 과학 프로젝트를 지원하기 위해 고적색이동 라디오 소스 목록을 제공한다.

제안 방법

• L밴드(1-2 GHz)에서 10 deg² 영역에 대해 깊이 있고 넓은 영역의 JVLA 조사를 수행하며, 목표 감도는 1.5 µJy/빔이다.
• CASA 내부에서 A-projection 보정을 사용하여 주파수 의존성의 이격된 복소 이득 및 편광 누설을 파라락틱 각도의 함수로 보정한다.
• MeqTrees와 HPC 최적화된 파이프라인을 사용하여 방향 의존 보정을 적용함으로써 강한 천체 및 사이드로브의 아티팩트를 완화한다.
• 전체 스토크스, 전체 대역폭 데이터를 사용하여 여러 점원을 메오식함으로써 열노이즈 제한 이미징을 달성한다.
• XMM-LSS 및 ECDFS와 같은 분야에서 기존의 깊은 광학 및 X선 데이터를 활용하여 식별 및 환경 분석을 가능하게 한다.
• 시민 과학 플랫폼인 Radio Galaxy Zoo에 조사 데이터를 통합하여 천체의 형태 및 적색이동 특성 분석을 지원한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은하 형성은 z = 0에서 z = 6까지 어떻게 진화하는가? 특히 별 형성은 z = 0에서 z = 6까지 어떻게 진화하는가?
• RQ2 은하 형성률 밀도는 우주의 시간에 따라 어떻게 변화하며, 은하 환경 및 형상과 어떤 관련이 있는가?
• RQ3 고적색이동 은하의 편광 특성은 별 질량, 형상 및 적색이동에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ4 어떻게 방향 의존 보정 기법이 복잡하고 천체가 많은 영역에서 300만:1을 초월하는 동적 범위를 달성할 수 있는가?
• RQ5 10 deg²의 깊은 라디오 조사는 희귀하고 질량이 큰 은하 및 AGN를 탐지하는 데 있어 우주적 변동성을 얼마나 효과적으로 해소할 수 있는가?

주요 결과

• 이 조사는 z ~ 1까지 10 M⊙ yr⁻¹의 별 형성율을 가진 은하와 z ~ 6까지 1000 M⊙ yr⁻¹의 강한 적외선 은하를 탐지할 수 있으며, 높은 활동성 천체의 완전한 통계를 확보할 수 있다.
• 4000시간의 통합으로 L밴드에서 1.5 µJy의 감도를 확보할 수 있으며, 이는 우주의 시간에 걸쳐 라디오 빛의 밝기 함수의 낮은 끝을 탐색하는 데에 충분하다.
• A-projection을 사용한 방향 의존 보정은 최대 3,200,000:1의 동적 범위를 가능하게 하며, 강한 천체 및 사이드로브에서 기인하는 PSF 유사한 아티팩트를 제거한다.
• 이 조사는 전체 스토크스, 전체 대역폭 이미징을 제공하여 질량과 형상에 따라 고적색이동 은하의 편광 연구를 가능하게 한다.
• 10 deg²의 면적은 희귀하고 질량이 큰 은하 및 AGN를 모든 적색이동에서 탐지할 수 있는 충분한 천체 볼륨을 확보하여 우주적 변동성을 최소화한다.
• 조사 영역(XMM-LSS 및 ECDFS)은 기존의 깊은 다중파장 데이터가 존재하여 정밀한 식별 및 환경 분석이 가능하다.