[논문 리뷰] MUSE integral-field spectroscopy towards the Frontier Fields Cluster Abell S1063: I. Data products and redshift identifications

W. Karman, K. I. Caputi외 12명|arXiv (Cornell University)|2014. 09. 11.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 47인용 수 44

한 줄 요약

이 연구는 MUSE 적층장역도 스펙트로스코피를 통해 프론티어 필드 은하단 Abell S1063을 분석하여 한 번의 조준점에서 53개의 은하에 대해 적색편이를 확인하였다. 이는 5개의 은하단 구성원을 확인하고, 추가로 29개의 은하단 은하를 식별하며, z > 3에서 새로운 라이만-알파 방출체 3개와 z = 4.113에서 새로운 다중 렌즈된 은하를 발견함으로써, MUSE가 맹목적인 고적색편이 탐색과 강한 렌즈를 통한 은하단 질량 모델링에 얼마나 효과적인지 입증한다.

ABSTRACT

We present the first observations of the Frontier Fields Cluster Abell S1063 taken with the newly commissioned Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) integral field spectrograph. Because of the relatively large field of view (1 arcmin^2), MUSE is ideal to simultaneously target multiple galaxies in blank and cluster fields over the full optical spectrum. We analysed the four hours of data obtained in the Science Verification phase on this cluster and measured redshifts for 53 galaxies. We confirm the redshift of five cluster galaxies, and determine the redshift of 29 other cluster members. Behind the cluster, we find 17 galaxies at higher redshift, including three previously unknown Lyman-alpha emitters at z>3, and five multiply-lensed galaxies. We report the detection of a new z=4.113 multiply lensed galaxy, with images that are consistent with lensing model predictions derived for the Frontier Fields. We detect C III], C IV, and He II emission in a multiply lensed galaxy at z=3.116, suggesting the likely presence of an active galactic nucleus. We also created narrow-band images from the MUSE datacube to automatically search for additional line emitters corresponding to high-redshift candidates, but we could not identify any significant detections other than those found by visual inspection. With the new redshifts, it will become possible to obtain an accurate mass reconstruction in the core of Abell S1063 through refined strong lensing modelling. Overall, our results illustrate the breadth of scientific topics that can be addressed with a single MUSE pointing. We conclude that MUSE is a very efficient instrument to observe galaxy clusters, enabling their mass modelling, and to perform a blind search for high-redshift galaxies.

연구 동기 및 목표

• MUSE 적층장역도 스펙트로스코피를 사용하여 프론티어 필드 단계의 Abell S1063 은하단에 대한 종합적인 적색편이 조사를 수행한다.
• 특히 라이만-알파 방출체와 다중 렌즈된 시스템을 포함한, 은하단 뒤에 있는 고적색편이 은하들을 식별하고 특성화한다.
• 렌즈된 은하와 은하단 구성원의 정확한 스펙트로스코픽 적색편이를 제공함으로써 은하단 중심부의 강한 렌즈 질량 모델링을 향상시킨다.
• 렌즈된 은하에서 희미한 방출선을 탐지하고 복잡한 선형형태를 해소하는 데서 MUSE의 성능을 평가한다.
• CLASH 조사에서 유도된 광학적 적색편이와 MUSE 데이터에서 유도된 스펙트로스코픽 적색편이를 비교한다.

제안 방법

• Abell S1063 중심부를 향한 1 arcmin² 시야에서 4시간 동안 MUSE 적층장역도 스펙트로스코피를 확보하였다.
• 스카이 제거, 파장 캘리브레이션, 광도 캘리브레이션을 포함한 MUSE 파ipelin을 사용하여 데이터를 처리하였다.
• 자동선 탐지 알고리즘과 시각적 점검을 통해 데이터큐브에서 방출선을 식별하고 적색편이를 결정하였다.
• HST 프론티어 필드 프로그램의 렌즈 모델을 활용하여 다중 렌즈된 은하의 영상 위치와 증폭 계수를 예측하였다.
• 데이터큐브에서 좁은 대역 이미지를 생성하여, 시각적 점검으로 확인된 소스 외의 추가 선 방출체를 탐색하였다.
• MUSE 스펙트로스코픽 적색편이와 CLASH 조사에서 유도된 광학적 적색편이를 비교하여 정확도와 산란 정도를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 MUSE 적층장역도 스펙트로스코피를 통해 드러난 Abell S1063 은하단과 그 주변 영역의 은하 적색편이 분포는 어떻게 되는가?
• RQ2 은하단 뒤에 있는 고적색편이 라이만-알파 방출체(Lyman-alpha emitters, LAEs)는 몇 개인가? 그들의 광도와 형상은 어떠한가?
• RQ3 MUSE로 식별된 적색편이가 은하단 중심부의 강한 렌즈 질량 모델 정확도를 얼마나 향상시키는가?
• RQ4 특히 은하단 구성원과 배경 은하에 대해 MUSE 스펙트로스코픽 적색편이는 CLASH 조사의 광학적 적색편이와 어떻게 비교되는가?
• RQ5 다중 렌즈된 은하에서 관측된 방출선 특징(예: C III], C IV, He II)은 무엇이며, 이는 이온화 원천에 대해 어떤 시사점을 갖는가?

주요 결과

• MUSE를 통해 53개의 은하가 스펙트로스코픽으로 확인되었으며, 이 중 5개는 확인된 적색편이를 가진 은하단 구성원이고, 추가로 29개의 은하단 은하가 식별되었다.
• 적색편이 z > 3에서 새로운 라이만-알파 방출체 3개가 발견되었으며, 그 중 하나는 z = 4.113에 위치하고, 광도는 L ≈ 5 × 10⁴³ erg s⁻¹이며, 증폭 계수는 5에서 20 사이였다.
• z = 4.113에서 새로운 다중 렌즈된 은하가 식별되었으며, 영상 위치는 HST 프론티어 필드 렌즈 모델의 예측과 일치하였다.
• z = 3.116인 다중 렌즈된 은하에서 C III], C IV, He II 등의 방출선이 감지되어 활성 은하핵(AGN) 존재를 시사하였다.
• MUSE 데이터큐브에서 유도한 좁은 대역 이미징은, 시각적 점검으로 확인된 소스 외에 유의미한 새로운 선 방출체를 탐지하지 못했다.
• CLASH에서 유도된 광학적 적색편이는 배경 은하에 대해 MUSE 스펙트로스코픽 적색편이와 양호한 일치를 보였지만, 은하단 구성원에 대해서는 더 큰 산란을 보였다.