[논문 리뷰] Pixel-z: Studying Substructure and Stellar Populations in Galaxies out to z~3 using Pixel Colors I. Systematics

N. Welikala, Andrew Hopkins외 8명|arXiv (Cornell University)|2011. 12. 12.

CCD and CMOS Imaging Sensors참고 문헌 2인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 고적색편이(z ~ 1–3) 은하에서 공간적으로 해상도가 높은 별 집단 성질(나이, SFR, 먼지, 금속성)을 유도하기 위한 픽셀- $z$ 방법에서 발생하는 체계적 오차를 다각도로 평가한다. 다중 대역 허블 영상 데이터를 사용하여, 특히 Maraston (2005) 모델과 Bruzual & Charlot (2003)/Charlot & Bruzual (2007) 모델 간의 모델 의존적 편향이 광학 영역만을 사용할 경우 지배적인 체계적 불확실성을 초래하며, 이는 10퍼센트 이상의 픽셀에서 2σ 이상의 차이를 보인다. 반면, 근적외선(NIR) 데이터는 z < 1 은하에서는 이러한 편향을 감소시키지만, z > 1 은하에는 거의 영향을 주지 않는다.

ABSTRACT

We perform a pixel-by-pixel analysis of 467 galaxies in the GOODS-VIMOS survey to study systematic effects in extracting properties of stellar populations (age, dust, metallicity and SFR) from pixel colors using the pixel-z method. The systematics studied include the effect of the input stellar population synthesis model, passband limitations and differences between individual SED fits to pixels and global SED-fitting to a galaxy's colors. We find that with optical-only colors, the systematic errors due to differences among the models are well constrained. The largest impact on the age and SFR e-folding time estimates in the pixels arises from differences between the Maraston models and the Bruzual&amp;Charlot models, when optical colors are used. This results in systematic differences larger than the 2σ uncertainties in over 10 percent of all pixels in the galaxy sample. The effect of restricting the available passbands is more severe. In 26 percent of pixels in the full sample, passband limitations result in systematic biases in the age estimates which are larger than the 2σ uncertainties. Systematic effects from model differences are reexamined using Near-IR colors for a subsample of 46 galaxies in the GOODS-NICMOS survey. For z &gt; 1, the observed optical/NIR colors span the rest frame UV-optical SED, and the use of different models does not significantly bias the estimates of the stellar population parameters compared to using optical-only colors. We then illustrate how pixel-z can be applied robustly to make detailed studies of substructure in high redshift galaxies such as (a) radial gradients of age, SFR, sSFR and dust and (b) the distribution of these properties within subcomponents such as spiral arms and clumps. Finally, we show preliminary results from the CANDELS survey illustrating how the new HST/WFC3 data can be exploited to probe substructure in z~1-3 galaxies.

연구 동기 및 목표

• 고적색편이 은하(z ~ 1–3)에서 공간적으로 해상도가 높은 별 집단 성질을 측정할 때 픽셀- $z$ 의 체계적 오차를 정량화하는 것.
• 픽셀 색상에서 유도된 나이, SFR, 먼지, 금속성 추정치에 영향을 주는 별 집단 합성(SPS) 모델 간 차이의 영향을 평가하는 것.
• 패assing 범위 제한(광학 대비 광학+NIR)이 픽셀- $z$ 측정치의 체계적 편향에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 동일한 은하 개구부에 대해 픽셀 수준의 SED 피팅과 전반적 SED 피팅을 비교하여 일관성을 평가하는 것.
• 픽셀- $z$ 가 z ~ 1–3 디스크 은하의 나선 팔 및 덩어리와 같은 부구조를 연구하는 데 있어 얼마나 견고한지 보여주는 것.

제안 방법

• 467개의 은하에 대해 다중 대역 광도 측정값(bviz 필터 포함)을 사용하여 GOODS-VIMOS 조사의 픽셀별 SED 피팅을 수행하여 각 픽셀의 별 집단 파rameter를 유도한다.
• Maraston (2005), Bruzual & Charlot (2003), Charlot & Bruzual (2007)의 세 가지 SPS 모델 간 비교를 통해 모델 의존적 체계적 편향을 정량화한다.
• 패assing 선택의 영향을 분석하기 위해 광학 영역만(bviz) 사용한 결과와 근적외선(NICMOS) 데이터를 포함한 결과를 46개 은하의 부분집합에 대해 비교한다.
• 고정된 개구부 내 총 광도에 대한 전반적 SED 피팅과 픽셀- $z$ 결과(개별 픽셀 SED 피팅의 합)를 비교하여 일관성을 평가한다.
• 예시 은하에서 반경 방향 및 구성요소별(예: 덩어리, 나선 팔) 분석을 통해 픽셀- $z$ 가 부구조 연구에 있어 견고한지 테스트한다.
• 2σ 불확실성의 비교 및 SFR 추정치에서 이질치 탐지와 같은 통계적 일관성 검증을 통해 결과를 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 별 집단 합성 모델 간의 차이가 픽셀- $z$ 로 유도된 별 집단 성질의 체계적 오차에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 패assing 범위 제한(광학 영역만 대비 광학+NIR)이 픽셀- $z$ 로부터 유도된 나이 및 SFR 추정치의 체계적 편향에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 동일한 은하 개구부에 대해 픽셀 수준의 SED 피팅과 전반적 SED 피팅 간의 SFR 및 기타 파rameter에서의 차이는 어떻게 되는가?
• RQ4 픽셀- $z$ 는 고적색편이 디스크 은하의 반경 기울기 및 구성요소 특성(예: 덩어리 및 나선 팔)을 신뢰성 있게 해석할 수 있는가?
• RQ5 특히 z < 1 과 z > 1 은하 간에 모델 차이로 인한 체계적 오차는 어떻게 달라지는가?

주요 결과

• 광학 영역만을 사용할 경우, SPS 모델 간 체계적 오차가 10퍼센트 이상의 픽셀에서 2σ 통계적 오차를 초과하며, 특히 Maraston (2005) 모델과 Bruzual & Charlot (2003)/Charlot & Bruzual (2007) 모델 간의 차이가 가장 크다.
• 패assing 제한으로 인해 광학 색상만을 사용할 경우 나이 추정치의 체계적 편향이 26퍼센트의 픽셀에서 2σ 이상이 되며, 넓은 파장 범위의 중요성을 강조한다.
• 근적외선 패assing을 추가하면 z < 1 은하의 나이 추정치에서 모델 의존적 편향이 감소하여, 광학 영역만 사용 시 0.89였던 1σ 이내 차이를 보이는 픽셀 비율이 광학+NIR 조합으로 0.81로 감소하지만, z > 1 은하에는 거의 영향을 주지 않는다.
• z > 1 은하에서는 휴지-광학/NIR 색상이 휴지-자외선/광학 SED를 조사하게 되며, 이 경우 모델 간 차이가 z < 1 은하에 비해 파라미터 추정치에 미치는 영향이 더 작다.
• 픽셀- $z$ 로 유도된 SFR은 일반적으로 전반적 SED 피팅과 일치하지만, 두 가지 이질치 집단이 존재한다: SFR < 1 M☉ yr⁻¹인 은하에서는 픽셀- $z$ 가 더 높은 SFR을 유도하고, SFR ~10 M☉ yr⁻¹인 은하에서는 픽셀- $z$ 가 더 낮은 SFR을 유도한다.
• 체계적 오차가 존재하더라도 픽셀- $z$ 는 반경 기울기 및 구성요소 특성(예: 덩어리 및 나선 팔)을 측정하는 데 있어 견고하며, 개별 사례에서 모델 의존적 편향이 잘 제약되어 있다.