[논문 리뷰] Galaxy and Mass Assembly (GAMA): maximum likelihood determination of the luminosity function and its evolution

J. Loveday, P. Norberg외 7명|arXiv (Cornell University)|2015. 05. 05.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 1인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 GAMA-II 설문에서 복사 밀도 변화와 빛의 밀도/진화를 보정하면서 r-대역 광도 함수(LF)와 그 진화를 동시에 측정하기 위해 수정된 공동 단계 최대우도(JSWML) 방법을 제시한다. 블루은하의 광도 진화는 더 강하며 약 ~0.5 mag 감쇠하고, 밀도 진화도 레드은하보다 더 크며, 광도와 밀도 진화 매개변수 간에 상당한 디제너레이션(degeneracy)이 존재한다.

ABSTRACT

We describe modifications to the joint stepwise maximum likelihood method of Cole (2011) in order to simultaneously fit the GAMA-II galaxy luminosity function (LF), corrected for radial density variations, and its evolution with redshift. The whole sample is reasonably well-fit with luminosity (Qe) and density (Pe) evolution parameters Qe, Pe = 1.0, 1.0 but with significant degeneracies characterized by Qe = 1.4 - 0.4Pe. Blue galaxies exhibit larger luminosity density evolution than red galaxies, as expected. We present the evolution-corrected r-band LF for the whole sample and for blue and red sub-samples, using both Petrosian and Sersic magnitudes. Petrosian magnitudes miss a substantial fraction of the flux of de Vaucouleurs profile galaxies: the Sersic LF is substantially higher than the Petrosian LF at the bright end.

연구 동기 및 목표

• 반경 밀도 변화와 우주적 진화가 존재하는 상황에서 은하 광도 함수(LF)를 정확하게 측정하기 위한 강력한 방법을 개발하기 위해.
• z ≈ 0.35의 적색편이 범위에서 GAMA-II 설문에서 광도 및 수밀도 진화를 보정하기 위해.
• 광도 및 밀도 변화 측면에서 블루와 레드 은하 집단의 진화를 비교하기 위해.
• 모의 데이터를 사용한 방법의 신뢰성 평가 및 국지적 SDSS 데이터와의 비교를 통해.
• Petrosian 및 Sérsic magnitude를 사용하여 진화 보정된 LFs를 제공하고, 기존 광도 측정에서의 광량 손실을 부각시키기 위해.

제안 방법

• Cole(2011)의 공동 단계 최대우도(JSWML) 방법을 반경 밀도 보정 및 진화 모델링을 포함하도록 변형.
• 설문 부피 내 반경 과밀도를 반영하기 위해 밀도 보정된 Vmax 값 사용.
• 적색편이 영역에 걸쳐 비모수적 LF 추정치와 진화 매개변수(Qe: 광도, Pe: 밀도)를 동시에 피팅.
• 스펙트로스코픽 적색편이(z ≥ 0.35, nQ ≥ 3)와 Petrosian/Sérsic magnitude를 사용한 GAMA-II 데이터에 방법 적용.
• 방법 성능 테스트 및 진짜 LF와 진화 매개변수 복원 능력 검증을 위해 모의 데이터 사용.
• 정확성과 일관성 평가를 위해 결과를 국지적 SDSS 데이터와 비교.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 광도 한계 설문에서 상당한 반경 밀도 변화와 우주적 진화가 존재하는 상황에서 은하 광도 함수를 어떻게 정확하게 측정할 수 있는가?
• RQ2 GAMA-II 설문에서 관측된 LF에 대해 광도 진화와 수밀도 진화의 기여도는 각각 어느 정도인가?
• RQ3 블루와 레드 은하 집단 간의 진화 매개변수에는 어떤 차이가 있는가?
• RQ4 Petrosian magnitude는 Sérsic magnitude에 비해 광도 함수를 어느 정도 과소평가하는가?
• RQ5 Qe와 Pe 간의 디제너레이션 존재에도 불구하고, 방법이 진짜 LF와 진화 매개변수를 신뢰성 있게 복원할 수 있는가?

주요 결과

• 전체 은하 집단은 z ≈ 0.5 시점부터 r-대역에서 약 0.5 mag의 광도 감쇠와 공동 밀도에서 약 ~1.6배 감소를 보였다.
• 블루은하는 레드은하보다 훨씬 강한 광도 진화를 보였으며, 광도 밀도 진화는 약 ~5σ 수준에서 뚜렷한 차이를 보였다.
• Sérsic magnitude로 유도된 광도 함수는 Petrosian magnitude로 유도된 것보다 밝은 영역에서 상당히 더 높았는데, 이는 후자의 경우에 광량 손실이 있었기 때문이다.
• 특히 레드은하의 경우, 어두운 영역과 밝은 영역에서 과잉 수의 계수로 인해 Schechter 함수로는 광도 함수를 잘 기술하지 못한다.
• 광도 진화(Qe)와 밀도 진화(Pe) 간에 디제너레이션이 존재하며, Qe ≈ 1.4 - 0.4Pe 관계로 표현되며, 이는 개별 매개변수의 정밀한 제약을 제한한다.
• 모의 실험과 SDSS 데이터 비교를 통해 검증된 바, 방법은 진화 보정된 LF를 매우 정확하게 복원하였다.