[논문 리뷰] A Submillimetre Survey of the Hubble Deep Field: Unveiling Dust-Enshrouded Star Formation in the Early Universe

D. H. Hughes, J. S. Dunlop외 12명|arXiv (Cornell University)|1998. 10. 18.

Astronomy and Astrophysical Research참고 문헌 1인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 Hubble Deep Field에서 JCMT의 SCUBA 기구를 사용하여 수행한 최초의 깊은 마이크로파장 조사로, 먼 은하의 먼지에 둘러싸인 성간 별 형성 현상을 드러냈다. 850 μm에서 2 mJy 이상의 세기의 신뢰할 수 있는 마이크로파장 소스 5개를 식별하였으며, 이들은 이전에 해석되지 않은 마이크로파장 배경의 30–50%를 차지하고 있으며, 적색편이 2–4 범위에서의 별 형성 밀도가 자외선 관측으로부터 유추된 것보다 최소 5배 이상 높다는 것을 시사한다.

ABSTRACT

The advent of sensitive sub-mm array cameras now allows a proper census of dust-enshrouded massive star-formation in very distant galaxies, previously hidden activity to which even the deepest optical images are insensitive. We present the deepest sub-mm survey, taken with the SCUBA camera on the James Clerk Maxwell Telescope (JCMT) and centred on the Hubble Deep Field (HDF). The high source density on this image implies that the survey is confusion-limited below a flux density of 2 mJy. However within the central 80 arcsec radius independent analyses yield 5 reproducible sources with S(850um) > 2 mJy which simulations indicate can be ascribed to individual galaxies. These data lead to integral source counts which are completely inconsistent with a no evolution model, whilst the combined brightness of the 5 most secure sources in our map is sufficient to account for 30-50% of the previously unresolved sub-mm background, and statistically the entire background is resolved at about the 0.3 mJy level. Four of the five brightest sources appear to be associated with galaxies which lie in the redshift range 2 < z < 4. With the caveat that this is a small sample of sources detected in a small survey area, these submm data imply a star-formation density over this redshift range that is at least five times higher than that inferred from the rest-frame ultraviolet output of HDF galaxies.

연구 동기 및 목표

• 기존의 광학 관측에서 탐지되지 않았던 초기 우주의 먼지에 둘러싸인 별 형성 현상을 탐색하기 위해.
• 깊은 천체망원경에서의 마이크로파장 소스 카운트를 측정하고, 천체배경 마이크로파장에 대한 기여도를 평가하기 위해.
• 관측된 마이크로파장 방출이 개별 고적색편이 은하에 기인하는지 확인하기 위해.
• Hubble Deep Field에서의 마이크로파장 데이터로부터 추정된 별 형성률 밀도를, 동일 영역의 복귀 기준 자외선 방출에서 유도된 값과 비교하기 위해.
• 관측된 마이크로파장 소스 카운트가 은하 형성의 무진화 모델과 일치하지 않는지 테스트하기 위해.

제안 방법

• James Clerk Maxwell Telescope(JCMT)의 SCUBA 카메라를 사용하여 850 μm에서 깊은 마이크로파장 조사를 수행함.
• 혼잡성 노이즈를 최소화하기 위해 Hubble Deep Field의 중심 80 arcsec 영역에 집중함.
• 독립적인 소스 추출 및 검증을 통해 2 mJy 이상의 재현 가능한 소스를 식별함.
• 소스 탐지의 신뢰성과 조사에서의 혼잡도 수준을 평가하기 위해 시뮬레이션을 수행함.
• 가장 확실한 다섯 개 소스의 복합 세기 밀도를 계산하여 간성외 마이크로파장 배경에 대한 기여도를 추정함.
• 관측된 소스 카운트를 무진화 모델의 예측과 비교하여 마이크로파장 소스의 천체진화 여부를 테스트함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 마이크로파장 관측을 통해 드러난 초기 우주의 먼지에 둘러싸인 별 형성 수준은 어떠한가?
• RQ2 탐지된 마이크로파장 소스가 이전에 해석되지 않은 천체배경 마이크로파장의 어느 정도를 차지하는가?
• RQ3 Hubble Deep Field의 마이크로파장 소스는 고적색편이 은하와 관련이 있으며, 그 적색편이 분포는 어떠한가?
• RQ4 마이크로파장 데이터로부터 추정된 별 형성률 밀도는 동일한 영역에서의 복귀 기준 자외선 방출로부터 유도된 값과 어떻게 비교되는가?
• RQ5 관측된 마이크로파장 소스 카운트 분포는 천체진화가 없는 모델과 일치하지 않는가?

주요 결과

• Hubble Deep Field의 중심 80 arcsec 영역 내에서 세기 2 mJy 이상의 신뢰할 수 있는 마이크로파장 소스 5개를 탐지함.
• 다섯 개의 가장 밝은 소스의 복합 세기 밀도는 이전에 해석되지 않은 마이크로파장 배경의 30–50%를 차지함.
• 통계 분석 결과 전체 마이크로파장 배경은 약 0.3 mJy 수준의 세기에서 해결되어 있음.
• 다섯 개의 가장 밝은 소스 중 네 개는 적색편이 2 < z < 4인 은하와 관련되어 있으며, 이는 초기 우주에서 활발한 별 형성이 일어나고 있음을 시사함.
• 적색편이 범위 2 < z < 4에서의 추정 별 형성률 밀도는 Hubble Deep Field 은하의 복귀 기준 자외선 방출에서 유도된 값보다 최소 5배 이상 높음.
• 관측된 마이크로파장 소스 카운트는 무진화 모델과 일치하지 않으며, 먼지에 둘러싸인 별 형성의 강한 천체진화를 시사함.