[논문 리뷰] CALIFA, the Calar Alto Legacy Integral Field Area survey: Early Report

S. F. Sánchez, Robert C. Kennicutt외 9명|arXiv (Cornell University)|2010. 12. 14.

Planetary Science and Exploration인용 수 3

한 줄 요약

CALIFA는 캘라르 알토 3.5m 망원경에 장착된 PPAK/PMAS 통합장치를 사용하여 약 600개의 근접은하에 대한 대규모이고 공간적으로 분 giải된 스펙트로스코픽 조사이다. 이 조사는 은하의 전체 가시광선 영역에 걸쳐 별 집단, 이온화된 기체의 진동수 및 농도, 그리고 운동학적 특성에 대한 2차원 맵을 제공하여 다양한 형상과 환경을 가진 은하의 진화에 대해 이전에 없었던 균일한 분석을 가능하게 한다.

ABSTRACT

We present the Calar Alto Legacy Integral Field Area survey (CALIFA). CALIFA's main aim is to obtain spatially resolved spectroscopic information for ~600 galaxies of all Hubble types in the Local Universe (0.005< z <0.03). The survey has been designed to allow three key measurements to be made: (a) Two-dimensional maps of stellar populations (star formation histories, chemical elements); (b) The distribution of the excitation mechanism and element abundances of the ionized gas; and (c) Kinematic properties (velocity fields, velocity dispersion), both from emission and from absorption lines. To cover the full optical extension of the target galaxies (i.e. out to a 3sigma depth of ~23 mag/arcsec2), CALIFA uses the exceptionally large field of view of the PPAK/PMAS IFU at the 3.5m telescope of the Calar Alto observatory. We use two grating setups, one covering the wavelength range between 3700 and 5000 AA at a spectral resolution R~1650, and the other covering 4300 to 7000 AA at R~850. The survey was allocated 210 dark nights, distributed in 6 semesters and starting in July 2010 and is carried out by the CALIFA collaboration, comprising ~70 astronomers from 8 different countries. As a legacy survey, the fully reduced data will be made publically available, once their quality has been verified. We showcase here early results obtained from the data taken so far (21 galaxies).

연구 동기 및 목표

• 은하의 전체 빛나는 영역에 걸쳐 공간적으로 분해된 스펙트로스코피를 제공함으로써 단일 섬유 및 이미징 조사의 한계를 극복하기 위해.
• 모든 허블 유형과 환경 조건을 포함함으로써 국지 우주에서 은하 다양성에 대한 통계적으로 신뢰할 수 있고 균일한 분석을 가능하게 하기 위해.
• 은하 진화의 본질 대 양육 논쟁을 해결하기 위해 별 형성 역사를 비롯한 내부 특성, 중금속 농도, 운동학적 특성 등을 맵핑하기 위해.
• 적색계단 대비 파란 구름의 이중성 은하 집단의 기원과 '초록 계곡'에 위치한 은하의 성격을 공간적으로 분해된 진단을 분석함으로써 규명하기 위해.
• 과학 공동체를 위해 공개되고 완전히 처리된 데이터를 제공하는 레거시 데이터 세트를 구축하여 장기적인 유용성과 재현 가능성을 확보하기 위해.

제안 방법

• 관측은 캘라르 알토 관측소의 3.5m 망원경에 장착된 PPAK/PMAS 통합장치 스펙트로스코프를 사용하여 수행되며, 은하 전체 영역을 커버하기 위해 1 arcmin² 이상의 시야를 확보한다.
• 두 가지 격자 설정을 사용한다: 하나는 R ~ 1650로 3700–5000 Å를, 다른 하나는 R ~ 850로 4300–7000 Å를 커버하여 광범위한 스펙트럼 커버리지를 확보한다.
• R3D 및 E3D 도구를 기반으로 한 완전 자동화된 감도 처리 파이프라인을 사용하여 인간 간섭 없이 일관성을 확보한다.
• 과학적 제품은 FIT3D 피팅 절차를 사용하여 흡수선과 발광선 양쪽에서 별 집단 파rameters, 이온화 진단(예: [NII]/Hα), 운동학적 맵을 추출한다.
• 샘플은 SDSS DR7에서 선별되었으며, 각도 지름 45′′ < D25 < 80′′ 이고 적색이동 0.005 < z < 0.03를 만족하여 약 1000개의 은하로 구성된 대표적이고 다양한 샘플을 확보한다.
• 최종 관측 샘플은 약 600개의 은하로, 어머니 샘플에서 가시성 기반 무작위 서브샘플링을 통해 선별되어 통계적으로 신뢰할 수 있고 선택 편향이 최소화된 상태를 유지한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 국지 우주에 있는 대표적 은하 샘플에서 공간적으로 분해된 별 형성 역사와 화학 농도 기울기의 특성은 무엇인가?
• RQ2 이온화된 기체의 진동수 메커니즘(예: HII 영역, AGN, 충격)은 다양한 은하 유형과 형상에서 어떻게 변화하는가?
• RQ3 별과 이온화된 기체의 운동학적 특성(속도장, 속도 분산)은 무엇이며, 은하의 구조와 진화와 어떻게 관련되어 있는가?
• RQ4 [NII]/Hα 및 기타 발광선 비율의 분포는 은하 내에서 별 형성 영역, 휴면 영역, AGN 지배 영역 간의 전이를 어떻게 반영하는가?
• RQ5 공간적으로 분해된 스펙트로스코피에 의해 드러나는 내부 과정(예: 순차적 진화)과 외부 과정(예: 병합, 환경)이 관측된 은하 특성에 얼마나 기여하는가?

주요 결과

• CALIFA 조사는 초기 단계에서 21개의 은하에 대해 데이터를 성공적으로 확보하고 처리하여 대규모이고 균일한 IFU 조사의 가능성을 입증했다.
• 첫 번째 데이터 제품으로는 별 집단 특성, 이온화된 기체의 진동수(예: [NII]/Hα), 운동학적 특성에 대한 2차원 맵이 포함되어 있으며, 전체 3σ 표면 밝기 한계(μ ~ 23 mag/arcsec²)를 커버하는 공간 해상도를 확보했다.
• 공간적으로 분해된 진단 결과는 명확한 차이를 보였다: 초기형 은하는 낮은 [NII]/Hα 비율과 약한 발광(휴면 상태)을 보였고, 후기형 및 별 형성 영역이 있는 은하는 확장된 Hα 발광과 높은 [NII]/Hα 비율을 보였다.
• AGN 지배 은하는 중심 영역에 집중된 높은 [NII]/Hα 비율(>1)을 보이며 강력한 중심 이온화를 나타내었다.
• 조사의 자동화된 파이프라인은 샘플 전반에 걸쳐 일관성 있고 고품질의 데이터 처리를 달성하여 다양한 은하 유형 간 신뢰성 있는 비교를 가능하게 했다.
• 조사의 설계는 대상 은하의 전체 광학적 영역을 커버함으로써 이전의 IFU 조사에서 제한된 시야로 인한 핵심적 진전을 이룩했다.