[논문 리뷰] Census of the Local Universe (CLU) I: Characterization of Galaxy Catalogs from Preliminary Fields

D. Cook, M. M. Kasliwal외 12명|arXiv (Cornell University)|2017. 10. 13.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 팔로마 48인치 망원경을 사용하여 약 3π의 하늘을 커버하는 대규모 H$\alpha$ 조사인 국지우주의 인구 조사(CLuster of the Local Universe, CLU)를 제시한다. 이 조사는 3626개의 관측 지점으로 이루어져 있으며, H$\alpha$ 광도 한계 $10^{-14}$ erg/s/cm$^2$에서 90%의 완전성을 달성한다. 200 Mpc 거리에서 별 형성에 대해 85%의 완전성을 보이며, 별 질량에 대해서는 70%의 완전성을 보이며, 5σ 색 초과 기준으로 고적색도 우주 갈axy의 오염율은 8% 미만이다. 이에 따라 청색 별집단과 초록파프리카 같은 희귀한 극단적 은하를 발견할 수 있다.

ABSTRACT

We present a Census of the Local Universe (CLU) -- a combination of the largest area H$\alpha$ survey for nearby emission-line galaxies to date as well as a compilation of all publicly available galaxy catalogs out to a distance of 200 Mpc. With the Palomar 48-inch telescope, our H$\alpha$ survey images $\approx$3$\pi$ of the sky (3626 pointings) in 4 narrowband filters to an H$\alpha$ flux limit of $10^{-14}$ erg/s/cm$^2$ at 90% completeness. To characterize the completeness and contamination of the H$\alpha$ survey, we undertook a study of 14 preliminary fields (0.3% of total pointings) where we have obtained spectroscopic follow-up of all galaxy candidates with no previous distance information and a narrow-band color excess greater than 2.5$\sigma$. Comparison of the resulting CLU-H$\alpha$ galaxy catalog to a statistically complete sample of star-forming galaxies in a 11 Mpc volume (the LVL sample), we find that the H$\alpha$ survey would be complete to 85% in star-formation (using H$\alpha$ flux corrected for extinction as a proxy) and 70% in stellar mass at 200 Mpc. The contamination from high-redshift galaxies is lower than 8% (40%) for a 5$\sigma$ (2.5$\sigma$) color excess. Even with just 290 emission-line galaxies in the 14 preliminary fields, we find several interesting objects: 7 newly discovered blue compact dwarfs (aka, blueberries), 1 new green pea, 1 new QSO, and a known planetary nebula. The extreme galaxies (green pea and blueberries) have high star formation rates, low stellar masses, and low metallicities and could be local analogs to higher redshift primordial galaxies. The existence of these objects in our preliminary H$\alpha$ sample exemplifies that the full CLU-H$\alpha$ survey can be used as a discovery machine for a wide variety of objects in our own Galaxy and extreme galaxies out to intermediate redshifts.

연구 동기 및 목표

• 넓은 영역의 H$\alpha$ 조사를 통해 국지우주 내 방출선 은하의 종합적인 인구 조사를 수행하기 위해.
• 초기 영역에서 분광학적 후속 관측을 통해 H$\alpha$ 조사의 완전성과 오염 수준을 특성화하기 위해.
• 청색 밀집 저항성 은하와 초록파프리카와 같은 희귀하고 극단적인 은하를 식별하고 카탈로그화하여 고적색도 초기 은하의 국지 유사체로 삼기 위해.
• H$\alpha$ 조사 결과와 비교하기 위해 통계적으로 완전한 별 형성 은하 샘플을 편람하기 위해.

제안 방법

• 팔로마 48인치 망원경을 사용하여 약 3π의 하늘을 커버하는 3626개의 관측 지점에서 깊은 H$\alpha$ 협대역 조사를 수행하였다.
• H$\alpha$ 중심에 위치한 네 개의 협대역 필터를 적용하여, 90% 완전성에서 H$\alpha$ 광도 한계 $10^{-14}$ erg/s/cm$^2$를 달성하였다.
• 14개의 초도 영역에서 거리 데이터가 없는 H$\alpha$ 후보자들에 대해 분광학적 후속 관측을 수행하였으며, 색 초과가 2.5σ 이상인 경우를 대상으로 하였다.
• CLU-H$\alpha$ 카탈로그를 별 형성 은하의 통계적 완전한 11 Mpc 부피 샘플인 LVL 샘플과 비교하여 완전성과 오염 수준을 평가하였다.
• 은하의 별 형성률과 별 질량 평가를 위해 흡수 보정 H$\alpha$ 광도를 사용하여 조사 성능을 평가하였다.
• 극단적인 방출선 및 형태적 특성을 바탕으로 청색 별집단, 초록파프리카, QSO를 식별하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 200 Mpc 이내 거리에서 H$\alpha$ 조사가 별 형성 은하를 탐지하는 데 얼마나 완전한가?
• RQ2 H$\alpha$로 선택된 샘플에서 고적색도 은하의 오염 수준은 얼마이며, 색 초과 임계값에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ3 청색 밀집 저항성 은하와 초록파프리카와 같은 희귀하고 극단적인 은하를 식별하는 데 H$\alpha$ 조사의 효과는 어떠한가?
• RQ4 H$\alpha$ 조사는 국지 부피 내에서 실제 별 질량과 별 형성률 분포를 얼마나 잘 복원하는가?
• RQ5 CLU 조사는 고적색도 초기 은하의 국지 유사체를 발견하는 도구로 기능할 수 있는가?

주요 결과

• H$\alpha$ 흡수 보정 광도를 별 형성률의 대체 지표로 사용할 경우, CLU-H$\alpha$ 조사는 200 Mpc 거리까지 별 형성률에 대해 85%의 완전성을 달성한다.
• 200 Mpc 거리에서 별 질량에 대해 70%의 완전성을 보이며, 저질량의 별 형성 은하에 대한 강력한 감도를 나타낸다.
• 5$\sigma$ 색 초과 기준으로 고적색도 은하의 오염율은 8% 미만이며, 2.5$\sigma$ 기준으로는 40% 이하이다.
• 단지 14개의 초도 영역에서 290개의 방출선 은하가 탐지되었으며, 이 중 7개는 새로 발견된 청색 밀집 저항성 은하(청색 별집단), 1개는 새로 발견된 초록파프리카, 1개는 새로 발견된 QSO였다.
• 청색 별집단과 초록파프리카와 같은 극단적 은하의 존재는 이 조사가 희귀하고 저금속, 고특정 별 형성률을 가진 물체를 탐지할 수 있음을 확인한다.
• 이러한 극단적 은하가 샘플에 존재함으로써, 이들은 고적색도 초기 은하의 국지 유사체로서의 역할을 하며, CLU 조사가 희귀 천체물리적 물체를 발견하는 데 효과적인 도구임을 검증한다.