[논문 리뷰] CARS: The CFHTLS-Archive-Research Survey II. Weighing dark matter halos of Lyman-break galaxies at z=3-5

H. Hildebrandt, Jasmin Pielorz외 4명|arXiv (Cornell University)|2009. 03. 23.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 46인용 수 90

한 줄 요약

이 연구는 z≈3–5에서 라이만-브레이크은하(Lyman-break galaxies, LBGs)의 군집성(clustering)을 측정하기 위해 깊은 CFHTLS 이미징을 사용하며, 헬로 모델을 적용하여 암흑물질 헬로 질량과 은하 점유 수를 추론한다. z≈5에서의 상호상관함수(correlation function)에서 첫 번째 유의미한 one-halo 항 검출을 보고하며, 이는 LBGs가 질량이 큰 헬로(M ≳ 10¹² h⁻¹ M☉)에 존재함을 시사한다. 대부분의 헬로는 한 개 이하의 은하를 포함하며, UV 빛의 밝기와 관련된 헬로 질량이나 상관 길이의 강한 적색편이 진화는 관측되지 않는다.

ABSTRACT

Aims: We measure the clustering properties for a large samples of u- (z~3), g- (z~4), and r- (z~5) dropouts from the Canada-France-Hawaii Telescope Legacy Survey (CFHTLS) Deep fields. Methods: Photometric redshift distributions along with simulations allow us to de-project the angular correlation measurements and estimate physical quantities such as the correlation length, halo mass, galaxy bias, and halo occupation as a function of UV luminosity. Results: For the first time we detect a significant one-halo term in the correlation function at z~5. The comoving correlation lengths and halo masses of LBGs are found to decrease with decreasing rest-frame UV-luminosity. No significant redshift evolution is found in either quantity. The typical halo mass hosting an LBG is M>~10^{12}h^{-1}M_\odot and the halos are typically occupied by less than one galaxy. Clustering segregation with UV luminosity is clearly observed in the dropout samples, however redshift evolution cannot clearly be disentangled from systematic uncertainties introduced by the redshift distributions. We study a range of possible redshift distributions to illustrate the effect of this choice. Spectroscopy of representative subsamples is required to make high-accuracy absolute measurements of high-z halo masses.

연구 동기 및 목표

• 체계적인 오차를 최소화하기 위해 단일이고 일관성 있는 데이터셋을 사용하여 z≈3–5에서 라이만-브레이크은하(LBGs)의 군집성 특성을 정밀하게 측정하는 것.
• 헬로 모델을 사용하여 공간 군집성 모델링을 통해 LBGs를 수반하는 암흑물질 헬로의 질량을 추론하는 것.
• UV 빛의 밝기와 적색편이에 따른 헬로 질량과 은하 편향(bias)의 의존성을 조사하여 은하 형성 모델을 시험하는 것.
• 고적색편이(z≈5)에서 상호상관함수의 one-halo 항을 검출하고 정량화하여 단일 헬로 내 다수의 은하 존재에 대한 증거를 제공하는 것.

제안 방법

• 다중 대역의 CFHTLS-Deep 이미징(u, g, r 드롭아웃)을 기반으로 광학적 적색편이 분포를 유도하였으며, 각도 군집성을 물리적 상관함수로 복원하기 위해 시뮬레이션을 사용하였다.
• 프로젝션된 상관함수를 피팅하기 위해 헬로 모델을 적용하여 one-halo 항과 two-halo 항으로 분해함으로써 평균 헬로 질량과 은하 점유 수 ⟨Ng⟩를 추정하였다.
• 적색편이 분포 가정에 기인한 체계적 오차를 검증하기 위해 다양한 타당한 적색편이 분포를 모델링하여 결과의 강인성(robustness)을 평가하였다.
• 은하 편향과 상관 길이를 UV 빛의 밝기 함수로 측정하였으며, 오차 추정에 수밀도와 상관함수의 형태 불일치를 고려했다.
• 분석 전반에서 ΛCDM 우주론(ΩΛ=0.7, Ωm=0.3, h=0.7, σ8=0.9)과 AB 등급을 사용하였다.
• zCOSMOS, VVDS, DEEP2의 고해상도 적색편이를 활용하여 광학적 적색편이와 오염도 추정치를 校정하고 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 z≈3–5에서 라이만-브레이크은하를 수반하는 암흑물질 헬로의 질량은 얼마이며, UV 빛의 밝기와 어떻게 관련되는가?
• RQ2 LBG의 군집성은 적색편이에 따라 유의미하게 변화하는가? 이 변화는 광학적 적색편이의 체계적 오차로부터 분리 가능한가?
• RQ3 고적색편이에서 LBG 상호상관함수의 one-halo 항에 대한 증거가 있는가? 이는 단일 헬로 내 다수의 은하 존재를 시사하는가?
• RQ4 평균 은하 점유 수(⟨Ng⟩)는 빛의 밝기와 적색편이에 따라 어떻게 변화하는가? 이는 은하 형성 모델과 일치하는가?
• RQ5 적색편이 분포의 불확실성은 추론된 헬로 질량과 상관 길이에 얼마나 큰 영향을 미치는가?

주요 결과

• z≈5에서 r-드롭아웃 은하의 상호상관함수에서 첫 번째 유의미한 one-halo 항 검출을 보고하며, 이는 이러한 은하들이 다수의 은하가 존재하는 질량이 큰 헬로에 존재함을 시사한다.
• LBG를 수반하는 일반적인 헬로 질량은 M ≳ 10¹² h⁻¹ M☉이며, z≈3–5 범위에서 헬로 질량이나 상관 길이에 유의미한 적색편이 진화가 없음을 확인하였다.
• 헬로 질량과 상관 길이는 휴식 프레임 UV 빛의 밝기가 감소함에 따라 감소하며, 이는 은하 밝기와 주변 헬로 질량 사이에 밀접한 연관성이 있음을 확인한다.
• 헬로당 은하 평균 수(⟨Ng⟩)는 LBG의 경우 1 미만이며, 이는 대부분의 이 질량대 헬로가 공실이거나 단 한 개의 은하만 포함하고 있음을 의미한다.
• 광학적 적색편이 분포의 체계적 오차는 적색편이 진화 측정의 정밀도를 제한하며, 보다 정확한 헬로 질량 추정을 위해 대표적 서브샘플의 고해상도 적색편이가 필요하다.
• 관측된 상호상관함수의 형태와 수밀도 사이에 괴리가 존재하여 ⟨Ng⟩에 대한 제약이 약해지며, 이는 현재 헬로 모델 적용에 한계가 있음을 시사한다.