[논문 리뷰] Simulations of the cosmic infrared and submillimeter background for future large surveys

N. Fernández-Conde, G. Lagache외 2명|arXiv (Cornell University)|2010. 06. 08.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 38인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 24 µm 소스 위치를 사용하여 더 긴 파장 지도를 스트레칭함으로써 고적색편이(고적색) 기여를 분리하는 스택킹 기법을 제시한다. 이 기법은 z = 1–2 대역의 소스에 대해 혼잡성 노이즈보다 4–10배 더 어두운 수준의 하위노이즈 검출을 달성하며, 저적색(z < 2) 기여를 효과적으로 제거하여 고적색 은하에 의해 지배되는 깔끔한 CIB 지도를 만들어 내어 군집 및 진화 연구에 기여한다.

ABSTRACT

Context. Herschel and Planck are surveying the sky at unprecedented angular scales and sensitivities over large areas. But both experiments are limited by source confusion in the submillimeter. The high confusion noise in particular restricts the study of the clustering properties of the sources that dominate the cosmic infrared background. At these wavelengths, it is more appropriate to consider the statistics of the unresolved component. In particular, high clustering will contribute in excess of Poisson noise in the power spectra of CIB anisotropies. Aims. These power spectra contain contributions from sources at all redshift. We show how the stacking technique can be used to separate the different redshift contributions to the power spectra. Methods. We use simulations of CIB representative of realistic Spitzer, Herschel, Planck, and SCUBA-2 observations. We stack the 24 μm sources in longer wavelengths maps to measure mean colors per redshift and flux bins. The information retrieved on the mean spectral energy distribution obtained with the stacking technique is then used to clean the maps, in particular to remove the contribution of low-redshift undetected sources to the anisotropies. Results. Using the stacking, we measure the mean flux of populations 4 to 6 times fainter than the total noise at 350 μm at redshifts z = 1 and z = 2, respectively, and as faint as 6 to 10 times fainter than the total noise at 850 μm at the same redshifts. In the deep Spitzer fields, the detected 24 μm sources up to z ~ 2 contribute significantly to the submillimeter anisotropies. We show that the method provides excellent (using COSMOS 24 μm data) to good (using SWIRE 24 μm data) removal of the z &lt; 2 (COSMOS) and z &lt; 1 (SWIRE) anisotropies. Conclusions. Using this cleaning method, we then hope to have a set of large maps dominated by high redshift galaxies for galaxy evolution study (e.g., clustering, luminosity density).

연구 동기 및 목표

• 혼잡성 노이즈에 의해 가려져 있는 상태에서 CIB 기여의 저적색 및 고적색 기여를 분리하기 위해.
• 저적색 소스 오염을 제거한 하위밀리미터 지도를 통해 고적색 은하 군집 및 빛의 세기 함수를 연구할 수 있도록 하기 위해.
• 기존 24 µm 탐지 결과와 평균 스펙트럼 에너지 분포(SED)를 활용하여 350–850 µm에서 감지되지 않은 매우 어두운 소스를 통계적으로 검출할 수 있는 방법을 개발하기 위해.
• 성분 분離 및 스트레칭을 통해 향후 설문 조사에 사용할 수 있는 대규모 고적색 지배 CIB 지도를 제작하기 위해.
• 다양한 깊은 필드(COSMOS 및 SWIRE)와 여러 파장(70–850 µm)에서 이 방법의 효과성을 검증하기 위해.

제안 방법

• 스피처 설문 조사에서 확보한 24 µm 소스 위치를 활용하여 더 긴 파장 지도(70–850 µm)에서 신호를 스트레칭함으로써, 감지되지 않은 소스의 신호를 공통으로 더함.
• 스트레칭을 통해 각 적색편이 및 밝기 구간에 대한 평균 스펙트럼 에너지 분포(SED)를 측정함으로써 혼잡성 한계 이하의 인구에 대한 정확한 밝기 추정이 가능해짐.
• 확보한 평균 SED를 활용하여 하위밀리미터 지도를 정제함. 저적색 소스(z < 2, COSMOS 필드; z < 1, SWIRE 필드)의 예측 기여를 빼냄.
• 파wer 스펙트럼 분석을 통해 정제의 효과를 정량화함. 총 기여, 저적색 기여, 고적색 기여 성분을 비교함.
• 헤르슈엘, 플랑크, SCUBA-2 데이터를 시뮬레이션하여 실제 설문 조건과 노이즈 수준에서 이 방법의 유효성을 시험함.
• 다양한 파장(250–850 µm)에 걸쳐 적용하여 z ≳ 1–2 지배 CIB 지도를 제작함. K보정을 통해 적색편이에 따라 지배적인 성분이 유지되도록 함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 저적색(z < 2) 소스가 깊은 설문 조사에서 하위밀리미터 기여에 얼마나 기여하는가?
• RQ2 24 µm에서 탐지된 소스를 스트레칭함으로써 350–850 µm에서 감지되지 않은 인구에 대한 신뢰할 수 있는 밝기 추정이 가능한가?
• RQ3 스트레칭을 통해 확보한 SED를 사용하여 CIB 파워 스펙트럼에서 저적색 오염을 얼마나 효과적으로 제거할 수 있는가?
• RQ4 이 방법을 통해 혼잡성 노이즈 대비 고적색 인구의 최소 감지 가능한 밝기 수준은 어느 정도인가?
• RQ5 이 방법을 통해 군집 및 진화 연구에 적합한 깔끔한 고적색 지배 CIB 지도를 제작할 수 있는가?

주요 결과

• 스트레칭 기법은 z = 1인 소스에 대해 350 µm에서 혼잡성 노이즈보다 4배 어두운 인구의 평균 밝기를 측정하며, z = 2인 소스에 대해서는 6배 어두운 인구를 측정함.
• 850 µm에서 이 기법은 동일한 적색편이에서 혼잡성 노이즈보다 6–10배 어두운 인구를 감지함.
• COSMOS 필드에서는 z < 2 기여의 우수한 제거가 이루어졌고, SWIRE 필드에서는 z < 1 기여의 양호한 제거가 이루어짐.
• z ∼ 2까지의 감지된 24 µm 소스가 하위밀리미터 기여에 상당한 기여를 하며, 이들의 제거가 필요함을 검증함.
• 정제 방법은 파워 스펙트럼에서 파워의 파워 노이즈 및 상관된 저적색 기여를 효과적으로 감소시키며, 특히 저적색 기여가 더 작은 파장에서 더 효과적임.
• 이 기법은 고적색 은하(z ≳ 1–2)에 의해 지배되는 대규모 CIB 지도를 제작할 수 있게 하여, 파워 스펙트럼 분석 및 군집 연구에 적합함.