[논문 리뷰] A wide field survey at the Northern Ecliptic Pole: II. Number counts and galaxy colours in B_j, R, and K

M. Kuemmel, S. J. Wagner|ArXiv.org|2001. 02. 02.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 37인용 수 29

한 줄 요약

이 연구는 B_j, R 및 K 대역에서 북반천경극에 걸쳐 한 평면도를 커버하는 중간 깊이의 광시계 조사 결과를 제시한다. 각각 24.25, 23.0 및 17.5 mag의 깊이에 도달한다. 이는 R-K 색깔에서 밝기가 증가함에 따라 강한 빨간색 경향을 보이며, 표준 은하 진화 모델은 이와 같은 경향을 재현하지 못함을 시사한다. 이는 밝기의 증가와 함께 near-infrared 색깔 진화의 근본적인 도전 과제를 나타낸다.

ABSTRACT

We present a medium deep survey carried out in the three filters B_j, R and K. The survey covers homogeneously the central square degree around the Northern Ecliptic Pole (NEP) down to a completeness limit of 24.25, 23.0 and 17.5mag in B_j, R and K, respectively. While the near infrared data have been presented in the first paper of this series, here we concentrate on the optical data and the results based on the combined B_jRK-data. The unique combination of area and depth in our survey allows to perform a variety of investigations based on homogeneous material covering more than ten magnitudes in apparent brightness. We analyze the number counts for point-like and extended sources in B_j and R to determine the slopes in dlogN/dm and to test for possible breaks therein. While we can confirm the slopes found in previous works with a higher statistical significance, the largest uncertainty remaining for the amplitudes is galactic extinction. We determine the colour distributions of galaxies in B_j-R and R-K down to B_j=24.0 and K=18.0mag, respectively. The distributions in both colours are modeled using galaxy spectral evolution synthesis. We demonstrate that the standard models of galaxy evolution are unable to reproduce the steady reddening trend in R-K despite flawless fits to the colour distributions in the optical (B_j-R). The B_jRK data collected over a large area provides the opportunity to select rare objects like candidates for high-redshift galaxies and extremely red objects (EROs, R-K>5.0) and to determine their surface density. Our EROs are selected at an intermediate magnitude range and contain contribution from both galactic as well as extragalactic sources. At K<16.5mag, where a morphological classification is possible, the stellar component dominates the sample.

연구 동기 및 목표

• 광학 및 near-infrared 대역에서 균일하고 깊은 광학적 데이터 확보를 통해 은하 수 계수 및 색깔의 정량적 분석을 가능하게 하기 위해.
• 표준 은하 진화 모델이 10 magnitud의 동적 범위에서 B_j-R 및 R-K 색깔 분포를 재현할 수 있는지 테스트하기 위해.
• 극히 빨간색 물체(EROs, R-K > 5.0 mag)의 표면 밀도를 결정하고, 은하계 별과 고적색도 은하의 기여도를 평가하기 위해.
• 관측된 R-K 색깔 빨간색 경향의 기원을 조사하며, 특히 희미한 밝기에서의 경향을 중심으로 분석하기 위해.
• 현재 스펙트럼 진화 합성 모델이 깊은 조사에서의 다중 대역 색깔 데이터를 적합하는 데에 있어 한계를 평가하기 위해.

제안 방법

• 카라호의 독일-스페인 천문학센터를 활용하여 북반천경극 주변 1 deg²를 커버하는 광시계 조사 수행.
• 점원형 및 확장된 천체에 대해 B_j 및 R 대역에서 천체 수 계수 측정하고, dlogN/dm의 기울기를 구하기 위해 등급 법칙에 적합.
• 관측된 밝기 범위가 10 magnitud에 이르는 샘플에서 B_j-R 및 R-K의 은하 색깔 분포 유도. B_j = 24.0 mag 및 K = 18.0 mag까지.
• 다양한 진화 시나리오(광도 진화 및 은하 유형 혼합 포함) 하에서 스펙트럼 에너지 분포(Spectral Energy Distribution, SED) 합성 모델 적용.
• K < 16.5 mag에서 형태학적 분류를 통해 ERO 샘플 내 별과 은하 외부 천체를 구분.
• 관측된 색깔 분포와 모델 예측치를 비교하여 R-K 색깔 진화의 불일치를 식별.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 표준 은하 진화 모델은 K magnitude 범위에서 10 magnitud에 걸쳐 관측된 R-K 색깔 분포를 재현할 수 있는가?
• RQ2 왜 은하의 R-K 색깔은 밝기가 증가함에 따라 체계적으로 빨개지지만, B_j-R 색깔은 상대적으로 일정하거나 더 파랗게 변하는가?
• RQ3 K ≈ 17.5 mag에서 극히 빨간색 물체(R-K > 5.0 mag) 중 은하계 별과 고적색도 은하의 비율은 얼마인가?
• RQ4 은하계 흡수 및 빨간색 보정의 불확실성이 수 계수 등급 법칙 적합의 진폭에 어느 정도 영향을 미치는가?
• RQ5 밝기가 증가함에 따라 R-K 색깔이 빨개지는 관측된 경향은 광도 진화 또는 인구 연령 기울기 모델과 일치하는가?

주요 결과

• B_j 및 R 대역에서의 수 계수 기울기는 높은 통계적 유의성으로 확인되었으며, 각각 dlogN/dm ≈ 0.48 및 0.37이다. 다만 진폭의 불확실성은 여전히 은하계 흡수에 의해 지배된다.
• B_j-R 색깔 분포는 B_j = 22.3 mag까지 거의 일정하게 유지되며, 더 희미한 밝기에서 파란색으로 변하는 경향을 보여, 희미한 파란 은하의 등장이 시작됨을 시사한다.
• R-K 색깔 분포는 강한 빨간색 경향을 보이며, K = 12 mag에서 R-K = 2.6에서 K = 17.8 mag에서 R-K = 3.8로 증가하여 밝기와 함께 체계적인 진화가 일어남을 나타낸다.
• 검토된 두 가지 은하 진화 모델 모두 관측된 R-K 색깔 경향을 전체 밝기 범위에서 재현하지 못한다. 하나는 밝은 끝에서는 잘 맞지만 희미한 끝에서는 너무 파랗다. 다른 하나는 희미한 끝에서는 잘 맞지만 밝은 끝에서는 너무 파랗다.
• K = 17.5 mag에서 EROs(R-K > 5.0 mag)의 표면 밀도는 K = 20.0 mag에서의 값보다 오직 4배 감소할 뿐이므로, 은하계 별의 기여 또는 ERO 수 계수 감소의 평탄화가 상당한 기여를 하고 있음을 시사한다.
• 관측된 R-K 색깔 진화는 표준 모델로는 설명될 수 없으며, 최적화된 은하 유형 혼합 및 광도 함수 파rameter를 적용해도 마찬가지다. 이는 현재의 진화 프레임워크에 근본적인 한계가 있음을 시사한다.