[논문 리뷰] Most Luminous z=9-10 Galaxies: A First Determination of the Bright End of the z~9 and z~10 UV Luminosity Functions using all five CANDELS Fields

R. J. Bouwens, Pascal A. Oesch외 15명|arXiv (Cornell University)|2015. 06. 02.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 7인용 수 16

한 줄 요약

이 연구는 모든 다섯 개의 CANDELS 필드를 대상으로 HST/WFC3/IR 및 Spitzer/IRAC 데이터를 통합하여 z≈9–10 간의 14개의 고확률 은하를 특정하였으며, 이 중 4개는 10개의 HST 오비트에 걸친 대상 지향 10개의 HST 후속 관측 프로그램에서 새로 발견된 것이다. 이 연구는 z~9와 z~10에서의 밝은 끝부분 UV 발광 함수를 처음으로 신뢰성 있게 결정하였으며, 저적색 이동에서의 외삽 추세보다 약 2배 낮은 발광 밀도를 발견하였다.

ABSTRACT

The deep, wide-area (900 arcmin**2) WFC3/IR + Spitzer/IRAC observations over the CANDELS program represents a significant resource for constraining the bright end of the z~9 and z~10 UV luminosity functions (LFs). We recently reported the discovery of 6 luminous z~9-10 candidates over the GOODS-North+South fields, but extending this search to the full CANDELS program was impeded by the lack of HST-depth 1.05-micron observations in the other 3 CANDELS fields. Here we attempt to significantly realize the potential of CANDELS for z=9-10 science by combining a search over all 5 fields with results from a new HST program (B9-CANDELS) designed to follow up the highest-probability z~9-10 galaxy candidates with observations at 1.05 microns. The targeted z~9-10 candidates are preselected by taking advantage of the full HST, Spitzer/IRAC S-CANDELS observations, and the deepest-available ground-based optical+near-IR observations. With our follow-up program now 91% complete, we identify 4 new high-probability z~9-10 galaxies in just 10 orbits. This brings our total sample of bright z~9-10 galaxies to 14, including several other new sources from the CANDELS GOODS + ERS fields.Through extensive simulations, we replicate the selection process for our sample (both the preselection and follow-up) and obtain an accurate estimate of the volume density of bright galaxies (M_{UV,AB} 0.4L*), the luminosity densities we find at z~9 and z~10 are ~2x lower than the extrapolated trends. We would expect significant additional gains in these results from the on-going 500-orbit BoRG[z910] program and by obtaining additional follow-up observations over the CANDELS-WIDE fields.

연구 동기 및 목표

• CANDELS 조사의 깊고 넓은 영역 관측 자료를 이용하여 z~9와 z~10에서의 밝은 끝부분 UV 발광 함수(LF)를 결정하기 위해.
• CANDELS 프로그램의 이전 한계를 극복하기 위해 고확률 z~9–10 은하 후보자들에게 1.05미크론 HST 후속 관측을 수행하기 위해.
• HST, Spitzer/IRAC 및 지상 기반 조사 자료의 다중 파장 데이터를 융합하여 고적색 이동 은하 탐지의 통계적 신뢰도를 향상시키기 위해.
• 선택 및 후속 과정의 광범위한 시뮬레이션을 이용하여 z~9와 z~10에서 밝은 은하의 체적 밀도를 정확하게 추정하기 위해.

제안 방법

• 모든 다섯 개의 CANDELS 필드에서 HST 및 Spitzer/IRAC S-CANDELS 자료를 전체적으로 사용하여 z~9–10 후보자들을 사전 선별하기 위해.
• B9-CANDELS 프로그램을 통해 고확률 후보자들에게 1.05미크론에서 HST 대상 지향 후속 관측을 수행하기 위해.
• 가장 깊은 지상 기반의 광학 및 적외선 데이터를 통합하여 광학적 적색 이동 추정치와 소스 신뢰도를 향상시키기 위해.
• 선택 및 후속 과정 전반을 모델링하기 위해 광범위한 시뮬레이션을 사용하여 체적 밀도 및 발광 함수 파rameter의 정확한 추정이 가능하도록 하기 위해.
• AB magnitude 체계를 사용하여 UV 절대 magnitude(M_UV,AB)를 측정하고 고적색 이동에서의 L* 값과 비교하기 위해.
• 통계적 분석을 통해 z~9와 z~10에서의 UV 발광 함수를 유도하고, 특히 밝은 끝부분(M_UV,AB ≤ -20.5)에 집중하며 저적색 이동 추세의 외삽과 비교하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 z~9와 z~10에서 밝은 끝부분 UV 발광 함수에서의 진정한 밝은 은하의 체적 밀도는 무엇인가?
• RQ2 z~9와 z~10에서 관측된 발광 밀도는 저적색 이동 발광 함수 추세의 외삽과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 선택 및 후속 절차가 고적색 이동 은하 탐지에 얼마나 큰 편향을 초래하는가? 이를 시뮬레이션을 통해 어떻게 교정할 수 있는가?
• RQ4 CANDELS-WIDE 필드가 z~9–10 은하 총계에 기여하는 정도는 어떠한가? 향후 후속 관측은 탐지율을 어떻게 향상시킬 수 있는가?
• RQ5 BoRG[z910] 프로그램의 결과는 기존의 CANDELS 자료와 비교하여 밝은 끝부분 LF를 어떻게 제약하는가?

주요 결과

• 이 연구는 총 14개의 고확률 z≈9–10 은하를 특정하였으며, 이 중 4개는 단 10개의 HST 오비트로 이루어진 대상 지향 후속 관측을 통해 새로 발견된 것이다.
• 선택 및 후속 과정 전반을 재현하는 시뮬레이션을 사용하여 z~9와 z~10에서 밝은 은하(M_UV,AB ≤ -20.5)의 체적 밀도를 정확하게 추정하였다.
• z~9와 z~10에서의 발광 밀도는 저적색 이동 발광 함수 추세의 외삽 결과보다 약 2배 낮게 나타났다.
• 이 결과는 HST와 Spitzer를 이용한 깊고 넓은 영역 조사가 고적색 이동 UV LF의 밝은 끝부분을 탐색하는 데 가능하고 필수적임을 보여준다.
• 지속 중인 500오비트의 BoRG[z910] 프로그램과 향후 CANDELS-WIDE 필드에서의 후속 관측으로 인해 상당한 향상이 기대된다.
• 다중 파장 자료와 대상 지향 후속 관측의 조합은 정밀한 시뮬레이션 校정을 거친 z~9–10 UV 발광 함수의 신뢰성 있는 결정을 가능하게 하여 고적색 이동 은하 연구의 새로운 기준을 설정한다.