[논문 리뷰] EDisCS -- the ESO Distant Cluster Survey -- Sample Definition and Optical Photometry

Simon D. M. White, Douglas Clowe외 24명|Bristol Research (University of Bristol)|2005. 08. 16.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 65인용 수 87

한 줄 요약

이 논문은 적색편이 0.42에서 0.96 사이의 20개의 원거리 은하단을 균일하게 선별한 ESO 원거리 은하단 조사(EDisCS)를 제시한다. VLT/FORS2의 광학적 볼륨 측정 및 분광 측정을 통해 수행되었으며, 빨간색 순서 탐지 기반으로 은하단 후보를 확인하고 깊은 다중 파장 데이터를 제공하여 빈도, 구조, 은하 구성 측면에서 다양성을 드러내며, 우주의 반연령에서 은하 진화의 환경적 영향을 연구하기에 이상적인 자료를 제공한다.

ABSTRACT

We present the ESO Distant Cluster Survey (EDisCS) a survey of 20 fields containing distant galaxy clusters with redshifts ranging from 0.4 to almost 1.0. Candidate clusters were chosen from among the brightest objects identified in the Las Campanas Distant Cluster Survey, half with estimated redshift z_est~0.5 and half with z_est~0.8. They were confirmed by identifying red sequences in moderately deep two colour data from VLT/FORS2. For confirmed candidates we have assembled deep three-band optical photometry using VLT/FORS2, deep near-infrared photometry in one or two bands using NTT/SOFI, deep optical spectroscopy using VLT/FORS2, wide field imaging in two or three bands using the ESO Wide Field Imager, and HST/ACS mosaic images for 10 of the most distant clusters. This first paper presents our sample and the VLT photometry we have obtained. We present images, colour-magnitude diagrams and richness estimates for our clusters, as well as giving redshifts and positions for the brightest cluster members. Subsequent papers will present our infrared photometry, spectroscopy, HST and wide-field imaging, as well as a wealth of further analysis and science results. Our reduced data become publicly available as these papers are accepted.

연구 동기 및 목표

• 원거리 은하단의 광범위한 적색편이 범위(0.42–0.96)를 커버하는 균일하게 선별된 샘플을 정의함으로써, 초기에 z≈0.5와 z≈0.8에 위치한 두 개의 좁은 적색편이 피크를 목표로 한 계획을 피함.
• 이중색 VLT/FORS2 볼륨 측정에서의 빨간색 순서 탐지를 통해 은하단 후보를 확인하여 은하단 구성원의 강력한 식별을 확보함.
• 고품질의 균일하게 처리된 다중 파장 데이터(광학, 근적외선, 분광 측정, HST, 광역 이미징)를 제공하여 은하단 은하 진화의 종합적 연구를 가능하게 함.
• 다양한 빈도, 내부 구조, 은하 구성을 가진 은하단 샘플을 제공하여 은하 진화의 환경 의존성에 대한 연구를 수행함.
• 스ローン 디지털 스카이 서베이에서 확보한 저적색편이 샘플과 비교할 수 있는 기준 데이터셋을 구축하여, 우주의 반연령에서 은하단 진화 연구를 가능하게 함.

제안 방법

• Las Campanas 원거리 은하단 조사(LCDCS)에서 광학적 은하단 빛 탐지 기반으로 z≈0.5와 z≈0.8에 위치한 후보 20개를 선별함.
• VLT/FORS2 광학 볼륨 측정에서의 이중색(g′-i′, r′-i′) 빨간색 순서 탐지를 통해 은하단 구성원을 확인함. 빨간색 순서 은하의 밀도 높은 색-등급 관계를 활용함.
• VLT/FORS2를 사용해 세 대역 광학 볼륨 측정(g′, r′, i′)을 깊이 있게 확보하였으며, NTT/SOFI에서의 추가 근적외선 볼륨 측정 및 ESO 광역 이미저에서의 광역 이미징도 확보함.
• VLT/FORS2를 이용한 깊은 광학 분광 측정을 통해 개별 은하의 적색편이를 측정하고 은하단 구성원을 확인함.
• 가장 원거리에 위치한 10개의 은하단에 대해 HST/ACS 모자이크 이미징을 확보하여 고해상도 은하형태를 해석함.
• 等고선도 및 색-등급도를 사용하여 은하단의 빈도, 구조적 복잡성, 최고의 은하단 중심은하(BCG) 존재 여부를 평가함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 원거리 은하단(z≈0.4–1.0)의 구조적 및 광학적 성질이 저적색편이 은하단과 비교해 어떻게 다를지, 이는 은하단 진화에 대해 무엇을 드러내는가?
• RQ2 관측된 빈도, 은하 구성(빨간색 대비 파란색), 내부 구조의 다양성이 진정한 물리적 변동성인지, 혹은 선별 효과에 기인한 것인지 어느 정도인지?
• RQ3 고적색편이 은하단에서의 빨간색 순서 성질과 BCG 등급은 국지 은하단 관계에 대한 기대와 어떻게 비교되는가?
• RQ4 볼륨 측정 및 분광 측정에서의 적색편이 불확실성은 은하단 샘플의 균일성에 어떤 영향을 미치며, 이는 은하단 진화 해석에 어떻게 영향을 주는가?
• RQ5 약한 렌즈 효과 탐지 및 속도 분산 추정치가 고적색편이 은하단에서 볼륨 측정 빈도 및 구조적 형태와 어떻게 상관되는가?

주요 결과

• 최종 샘플은 LCDCS 볼륨 측정 적색편이의 산란과 체계적 오프셋으로 인해 0.42에서 0.96 사이의 연속된 적색편이 범위를 차지하며, 중앙값은 약 0.65로, 원래 계획보다 더 균일한 분포를 보임.
• 은하단 샘플은 빈도와 내부 구조에서 뚜렷한 다양성을 보이며, 속도 분산은 수백 km s−1에서 1000 km s−1 이상까지 다양함으로써 빈도가 높고 안정된 시스템과 빈도가 낮고 비정형적인 은하단이 모두 포함됨.
• VLT/FORS2 볼륨 측정에서의 빨간색 순서 탐지가 은하단 구성원 확인에 성공하였으며, 20개의 필드 중 14개에서 명확한 빨간색 순서를 관측함. 다만 일부 은하단은 다중 또는 분할된 빨간색 순서를 보임.
• 샘플 내 최고의 은하단 중심은하(BCG)는 항상 현장에서 가장 밝은 은하가 아니며, cl1354.2−1230에서는 처음 타겟으로 삼은 BCG 후보보다 1.2 등급 밝은 은하가 z=0.76에서 진짜 BCG로 확인됨.
• cl1354.2−1230의 주요 피크에서 3.9σ의 약한 렌즈 효과 탐지가 이루어졌으며, 이는 빨간색 순서와 정렬된 질량 집중이 있음을 확인하여 은하단 구성원으로서의 타당성을 뒷받침함.
• 샘플에는 명확한 빨간색 순서를 가진 은하단과 동시에 두드러진 파란색 은하단 구성원이 있는 시스템도 포함되어 있어, 고적색편이에서도 다양한 환경적 영향과 지속적인 항성 형성의 가능성을 시사함.