[논문 리뷰] Photometric H alpha and [O II] Luminosity Function of SDF and SXDF Galaxies: Implications for Future Baryon Oscillation Surveys

Masanao Sumiyoshi, Tomonori Totani외 10명|ArXiv.org|2009. 02. 12.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 스바루 심연성역도 및 스바루 XMM-심연성역도의 다파장 영상에서 유도된 광학적 적색편이와 성간별 형성률 추정치를 사용하여 z = 0.5–1.7 범위의 은하에서 Hα 및 [O II] 발광선 빛의 함수를 추정한다. 색-색 선택 기법(Bi′z′ 및 Bz′K 필터)을 통해 향후 은하의 밀도 파동(바리온 음향 진동, BAO) 조사에 적합한 발광선 은하를 효율적으로 타겟팅할 수 있음을 보여주며, 최적의 적색편이 커버리지 확보를 위해 B ≈ 24–25 정도의 깊이가 필요하다. 성공률는 약 50–60%이다.

ABSTRACT

Efficient selection of emission line galaxies at z > 1 by photometric information in wide field surveys is one of the keys for future spectroscopic surveys to constrain dark energy using the baryon acoustic oscillation (BAO) signature. Here we estimate the H alpha and [O II] line luminosity functions of galaxies at z = 0.5-1.7 using a novel approach where multi-wavelength imaging data is used to jointly estimate both photometric redshifts and star-formation rates. These photometric estimates of line luminosities at high-redshift use the large data sets of the Subaru Deep Field and Subaru XMM-Newton Deep Field (covering \sim 1 deg^2) and are calibrated with the spectroscopic data of the local Sloan Digital Sky Survey galaxies. The derived luminosity functions (especially H alpha) are in reasonable agreement with the past estimates based on spectroscopic or narrow-band-filter surveys. This dataset is useful for examining the photometric selection of target galaxies for BAO surveys because of the large cosmological volume covered and the large number of galaxies with detailed photometric information. We use the sample to derive the photometric and physical properties of emission line galaxies to assist planning for future spectroscopic BAO surveys. We also show some examples of photometric selection procedures which can efficiently select these emission line galaxies.

연구 동기 및 목표

• 광학적 데이터를 사용하여 고적색편이 은하(z = 0.5–1.7)의 Hα 및 [O II] 발광선 빛의 함수를 추정하는 것.
• 향후 스펙트럼 조사 BAO 조사에서 발광선 은하를 타겟으로 삼기 위한 광학적 선택 기법의 실현 가능성을 평가하는 것.
• 8–10m 망원경과 광시야 스펙트럼계를 갖춘 설계에 필요한 조사 깊이와 선택 효율에 대한 정량적 지침을 제공하는 것.
• 저적색편이 SDSS 스펙트럼 데이터를 활용하여 광학적 선 빛의 추정치를 校정하는 것.
• 우주론적 조사 기획을 위한 발광선 은하의 물리적 성질(은하질량, 투과도, 크기, 편향)을 유도하는 것.

제안 방법

• 약 0.85 deg²의 영역을 커버하는 스바루 심연성역도(SDF) 및 스바루 XMM-심연성역도(SXDF)의 다파장 광학적 영상 데이터를 사용한다.
• 선형적 스펙트럼 에너지 분포(SED) 피팅 기반의 통합 광학적 적색편이 및 성간별 형성률 추정 기법을 활용하여 선 빛의 강도를 유도한다.
• 지역 SDSS 은하의 스펙트럼 측정치와 비교하여 광학적 선 빛의 추정치를 校정하여 정확도를 확보한다.
• 고적색편이 발광선 은하를 광학적 조사에서 식별하기 위해 색-색 선택 기준(Bi′z′ 및 Bz′K)을 적용한다.
• 교정된 샘플을 사용하여 세 개의 적색편이 구간(0.5–1.0, 1.0–1.4, 1.4–1.7)에서 빛의 함수를 유도한다.
• 구조 형성 이론을 기반으로 광학적 및 적색편이 추정치에서 은하질량, 투과도, FWHM 크기, 선형 편향을 유도한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 z > 0.5 범위에서 광학적 적색편이 및 SED 피팅 기법이 Hα 및 [O II] 선 빛의 강도를 정확하게 추정할 수 있는가?
• RQ2 적색편이 범위 z = 0.5–1.7 내에서 BAO 조사에 적합한 발광선 은하의 밀도 및 분포는 어떠한가?
• RQ3 Bi′z′ 및 Bz′K와 같은 단순한 이중색 광학적 선택 기법이 고적색편이 발광선 은하를 얼마나 효율적으로 분리할 수 있는가?
• RQ4 1시간 이하의 노출 시간으로 BAO 조사를 수행하기 위해 필요한 B-대역의 깊이는 어느 정도인가?
• RQ5 발광선 은하의 물리적 성질(질량, 크기, 투과도, 편향)은 적색편이와 빛의 강도에 따라 어떻게 변화하는가?

주요 결과

• 유도된 Hα 및 [O II] 빛의 함수는 이전의 스펙트럼 조사 및 좁은 대역 조사 결과와 합리적인 일치를 보이며, 광학적 방법의 타당성을 검증한다.
• 적색편이 범위 0.5 < z < 1.0 및 1.0 < z < 1.4에서는 8–10m 망원경에서 1시간 이내의 노출으로도 타겟 은하의 수가 충분히 확보된다.
• 적색편이 범위 1.0 < z < 1.4에서는 B-대역 깊이 약 24만으로 Bi′z′ 또는 Bz′K 색상 절단을 통해 50–60%의 성공률로 타겟 은하를 선택할 수 있다.
• 적색편이 범위 1.4 < z < 1.7에서는 유사한 선택 효율을 확보하기 위해 더 깊은 B-대역 깊이 약 25가 필요하다.
• Bi′z′ 및 Bz′K 색상 선택 모두 깊이 요구 조건과 성공률 측면에서 유사한 성능을 보이며, 어느 한쪽에 명백한 이점이 없다.
• 이중색 선택만으로는 고적색편이 범위 1.4 < z < 1.7에서 효율적인 타겟팅이 불가능하여, 다중색 또는 N차원 광학적 방법이 필요하다는 것을 시사한다.