[논문 리뷰] Bright galaxy sample in the Kilo-Degree Survey Data Release 4: selection, photometric redshifts, and physical properties

Maciej Bilicki, Andrej Dvornik외 17명|Utrecht University Repository (Utrecht University)|2021. 01. 15.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 114인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 KiDS DR4에서 9밴드 광도측정(ugriZYJHKs)과 보정된 광학적 적색편이(photo-z)를 이용해, r < 20 mag의 밝은 은하 샘플을 flux 한계로 선별하여 약 100만 개의 은하로 구성된 매우 완전하고 순수한 밝은 은하 샘플을 제시한다. ANNz2와 GAMA 분광학적 적색편이를 통한 보정된 광학적 적색편이를 활용하였다. 이 샘플은 정밀한 약한 렌즈 측정을 가능하게 하여, 질량이 큰 빨간 은하(M⋆ > 5×10¹¹ M⊙)가 같은 은하 질량을 가진 파란 은하보다 훨씬 더 질량이 큰 다크 물질 허브에 위치해 있음을 드러냈다.

ABSTRACT

We present a bright galaxy sample with accurate and precise photometric redshifts (photo-zs), selected using $ugriZYJHK_\mathrm{s}$ photometry from the Kilo-Degree Survey (KiDS) Data Release 4 (DR4). The highly pure and complete dataset is flux-limited at $r&lt;20$ mag, covers $\sim1000$ deg$^2$, and contains about 1 million galaxies after artifact masking. We exploit the overlap with Galaxy And Mass Assembly (GAMA) spectroscopy as calibration to determine photo-zs with the supervised machine learning neural network algorithm implemented in the ANNz2 software. The photo-zs have mean error of $|\langle δz angle| \sim 5 imes 10^{-4}$ and low scatter (scaled mean absolute deviation of $\sim 0.018(1+z)$), both practically independent of the $r$-band magnitude and photo-z at $0.05 &lt; z_\mathrm{phot} &lt; 0.5$. Combined with the 9-band photometry, these allow us to estimate robust absolute magnitudes and stellar masses for the full sample. As a demonstration of the usefulness of these data we split the dataset into red and blue galaxies, use them as lenses and measure the weak gravitational lensing signal around them for five stellar mass bins. We fit a halo model to these high-precision measurements to constrain the stellar-mass--halo-mass relations for blue and red galaxies. We find that for high stellar mass ($M_\star&gt;5 imes 10^{11} M_\odot$), the red galaxies occupy dark matter halos that are much more massive than those occupied by blue galaxies with the same stellar mass. The data presented here are publicly released via the KiDS webpage at http://kids.strw.leidenuniv.nl/DR4/brightsample.php.

연구 동기 및 목표

• KiDS DR4에서 r < 20 mag의 밝은 은하 샘플을 flux 한계로 선별하여 약 1000 deg² 범위에 걸쳐 매우 완전하고 순수한 은하 샘플을 구축한다.
• GAMA 분광학적 적색편이로 校정된 supervised machine learning(ANNz2)를 활용해 정확하고 정밀한 광학적 적색편이(photo-z)를 도출한다.
• 9밴드 광도측정과 보정된 광학적 적색편이를 이용해 강력한 절대 등급과 은하 질량을 추정한다.
• 빨간 은하와 파란 은하 주위의 약한 중력 렌즈 신호를 측정하여 항성질량–허브 질량 관계를 제약한다.
• 높은 은하 질량에서 빨간 은하와 파란 은하 간의 허브 질량 점유도 차이를 조사한다.

제안 방법

• KiDS DR4 카탈로그에서 r < 20 mag의 flux 한계로 은하를 선별하였으며, 약 1000 deg² 범위를 커버하고, 아티팩트는 마스킹을 통해 제거하였다.
• GAMA 분광학적 적색편이로 훈련된 supervised machine learning 기반의 ANNz2 소프트웨어를 사용하여 광학적 적색편이를 보정하였다.
• CIGALE 코드를 사용한 SED 피팅을 통해 9밴드 광도측정(ugriZYJHKs)을 응용하여 절대 등급과 은하 질량을 계산하였다.
• 다섯 개의 은하 질량 범위에서 빨간 은하와 파란 은하 주위의 약한 렌즈 시선 신호를 측정하여 허브 질량 의존성을 탐구하였다.
• 렌즈 데이터에 허브 모델을 피팅하여 빨간 은하와 파란 은하 집단의 항성질량–허브 질량 관계를 제약하였다.
• 광학적 적색편이 정확도를 확보하기 위해 잔차를 magnitude와 적색편이에 대해 검증하였으며, 낮은 산란과 무시할 만한 편향을 달성하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 KiDS DR4에서 flux 한계로 선별된 밝은 은하 샘플의 광학적 적색편이 정확도와 완전성은 어떠한가?
• RQ2 9밴드 광도측정과 보정된 광학적 적색편이를 사용할 때, KiDS DR4의 밝은 은하의 항성질량과 절대 등급은 어떻게 비교되는가?
• RQ3 이 샘플의 다양한 항성질량 범위에서 빨간 은하와 파란 은하 주위의 약한 렌즈 시선 신호는 어떠한가?
• RQ4 고정된 높은 항성질량(M⋆ > 5×10¹¹ M⊙)에서 빨간 은하와 파란 은하의 허브 질량는 어떻게 비교되는가?
• RQ5 빨간 은하 집단과 파란 은하 집단 간의 항성질량–허브 질량 관계는 어느 정도 다를까?

주요 결과

• 광학적 적색편이의 평균 편향은 |⟨δz⟩| ≈ 5×10⁻⁴이며, 스케일링된 평균 절대 편차는 ≈0.018(1+z)로, r-밴드 등급이나 적색편이 범위 0.05 < z_phot < 0.5 내에서 낮은 산란과 거의 없는 의존성을 보였다.
• 아티팩트 마스킹 이후 샘플에는 약 100만 개의 은하가 포함되어 있으며, flux 한계 선별과 분광학적 보정으로 인해 매우 높은 완전성과 순수도를 확보하였다.
• 약한 렌즈 신호는 빨간 은하와 파란 은하 주위에서 매우 정밀하게 측정되어 다섯 개의 항성질량 범위에서 안정적인 허브 질량 제약 조건을 확보할 수 있었다.
• 항성질량 M⋆ > 5×10¹¹ M⊙인 은하에서는, 빨간 은하가 같은 항성질량을 가진 파란 은하보다 훨씬 더 질량이 큰 다크 물질 허브에 위치해 있었다.
• 렌즈 데이터에 대한 허브 모델 피팅은 고항성질량에서 빨간 은하와 파란 은하 간의 허브 질량 점유도에 뚜렷한 차이가 있음을 확인하였으며, 이는 서로 다른 형성 역사를 지닌다는 가정을 지지한다.
• 전체 데이터셋은 KiDS DR4 웹페이지를 통해 공개되었으며, 향후 우주론 및 은하 진화 연구에 활용 가능하다.