[논문 리뷰] Luminosity Functions of Lyman-Break Galaxies at z~4 and 5 in the Subaru Deep Field

Makiko Yoshida, Kazuhiro Shimasaku외 4명|ArXiv.org|2006. 08. 24.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 28

한 줄 요약

이 연구는 수성 심층 영역에서의 깊은 광학 이미징을 이용하여 z~4와 z~5에서 라이만-브레이크은하(LBGs)의 등화함수를 측정하며, 다색 선택 기준을 적용하여 각각 3,808, 539, 240개의 LBGs를 식별한다. 연구에서는 z~6에서 z~4로의 특성 등급 M*의 강한 진화를 발견하였으며, z~4에서 z~5로의 간행성 별 별성 형성률 밀도는 다섯 배 이내로 감소하고, 특정 SFR은 z~4까지 (1+z)^3 스케일링을 보이며, 적색편이가 증가함에 따라 별성 형성 효율이 증가함을 시사한다.

ABSTRACT

We investigate the luminosity functions of Lyman-break galaxies (LBG) at z~4 and 5 based on the optical imaging data obtained in the Subaru Deep Field Project. Three samples of LBGs in a contiguous 875 arcmin^2 area are constructed. One consists of 3,808 LBGs at z~4 down to i'=26.85 selected with the B-R vs R-i' diagram. The other two consist of 539 and 240 LBGs at z~5 down to z'=26.05 selected with two kinds of two-color diagrams: V-i' vs i'-z' and R-i' vs i'-z'. The adopted selection criteria are proved to be fairly reliable by spectroscopic observation. We derive the luminosity functions of the LBGs at rest-frame ultraviolet wavelengths down to M_{UV}=-19.2 at z~4 and M_{UV}=-20.3 at z~5. We find clear evolution of the luminosity function over the redshift range of 04.

연구 동기 및 목표

• z~4와 z~5에서 높은 민감도로 라이만-브레이크은하(LBGs)의 복귀자외선 등화함수를 측정하기 위해.
• z~4에서 M_UV = -19.2, z~5에서 M_UV = -20.3까지의 어두운 등급까지 탐색함으로써 고적색편이에서의 간행성 별 별성 형성률(SFR) 밀도에 대한 제약을 강화하기 위해.
• 등화함수 매개변수(M*, φ*, α)의 진화와 은하 형성 및 별성 형성 효율에 대한 함의를 조사하기 위해.
• 어둠의 어두운 물질 모델을 기반으로 적색편이 함수로서 특정 SFR을 계산함으로써 가스 냉각과 별성 형성 효율이 간행성 SFR 역사를 어떻게 형성하는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 수성 심층 영역의 875 제곱분의 연속된 영역에서 색-색도를 이용하여 세 가지 LBG 샘플을 구성함: z~4에서의 BRi′-LBGs, z~5에서의 Vi′z′-LBGs와 Ri′z′-LBGs.
• 완전성과 오염 비율을 추정하기 위해 몬테카를로 시뮬레이션을 적용하고, 스펙트로스코픽 적색편이와의 비교를 통해 선택 기준을 검증함.
• C-방법을 사용하여 등화함수를 유도하였으며, z~4에서 M_UV = -19.2까지, z~5에서 M_UV = -20.3까지 통합함.
• 표준 냉각 어둠의 물질 모델을 사용하여 자외선 등급 밀도에서 간행성 SFR 밀도를 계산하고, 특정 SFR(SFR 매 단위의 바리온 질량)를 유도함.
• 문헌 자료와 결과를 통합하여 등화함수와 SFR 밀도의 적색편이 진화를 분석함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 z~4에서 z~5로의 라이만-브레이크은하의 등화함수는 M*, φ*, α 측면에서 어떻게 진화하는가?
• RQ2 z~4와 z~5에서의 간행성 별 별성 형성률 밀도는 얼마이며, z~3에서 z~5로의 진화는 어떠한가?
• RQ3 특정 별성 형성률이 적색편이에 따라 (1+z)^3 스케일링을 보이며, 이는 고적색편이에서 별성 형성에 지배적인 물리적 메커니즘에 대해 무엇을 시사하는가?
• RQ4 우주 시간에 따라 빛나는 은하와 어두운 은하 간의 총 SFR 밀도 기여는 어떻게 변화하는가?

주요 결과

• 등화함수의 특성 등급 M*는 z~6에서 z~4로의 진화에서 약 1등급 어두워지며, z~4에서 z~3까지는 상대적으로 일정하고, z~3에서 z~0까지는 약 3등급 어두워짐.
• 등화함수의 정규화 φ*와 어두운 끝 기울기 α는 0.5 ≤ z ≤ 6 범위에서 거의 일정하게 유지되어, 수밀도와 어두운 끝 분포가 안정적임을 시사함.
• z~3에서 z~4로의 간행성 별 별성 형성률 밀도는 크게 감소하지 않으며, z~4에서 z~5로의 감소는 최대 다섯 배 이내로 제약됨.
• M*_{z=3} - 0.5 이상의 빛나는 은하에서의 SFR 밀도는 z~3–4에서 급격히 피크에 도달하지만, 어두운 은하에서의 SFR 밀도는 더 천천히 진화하며 이른 시기의 넓은 피크를 보이며, 등급 의존적 진화를 시사함.
• 특정 SFR은 z~4까지 (1+z)^3 스케일링을 보이며, 이는 이 적색편이에서 별성 형성 효율이 어둠의 물질 굴절체의 냉각률에 비례함을 시사함.
• z > 4에서 (1+z)^3 스케일링이 붕괴됨을 확인하여, 별성 형성 효율을 지배하는 주요 물리 메커니즘이 변화함을 나타냄.