[논문 리뷰] The ALMA Frontier Fields Survey - II. Multiwavelength Photometric analysis of 1.1mm continuum sources in Abell 2744, MACSJ0416.1-2403 and MACSJ1149.5+2223

Nicolas Laporte, F. E. Bauer외 33명|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|2017. 06. 29.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 72인용 수 11

한 줄 요약

이 연구는 ALMA 1.1 mm 연속체 데이터와 깊은 HST, Spitzer, VLT, Herschel 관측 자료를 활용하여 세 개의 프론티어 필드 클러스터(Abell 2744, MACSJ0416, MACSJ1149) 내 12개의 서브밀리미터 선택된 은하에 대한 다중 파장 광도 분석을 수행한다. 이들 은하는 z ≈ 1.99에서 고성간 형성률과 높은 먼지 질량을 지닌 거대하고 먼지가 많은 은하임을 입증하였으며, 광도 적색편이와 GLASS 조사의 분광적 확인을 통해 검증되었다.

ABSTRACT

[abridged] The Hubble and Spitzer Space Telescope surveys of the Frontier Fields (FF) provide extremely deep images around six massive, strong-lensing clusters of galaxies. The ALMA FF survey aims to cover the same fields at 1.1mm, with maps reaching (unlensed) sensitivities of $$5$σ$) sources in the first three FF clusters observed by ALMA, based on data from Hubble and Spitzer, the VLT and Herschel. We measure the total photometry in all available bands and determine the photometric redshifts and the physical properties of the counterparts via SED-fitting. In particular, we carefully estimate the FIR photometry using 1.1mm priors to limit the misidentification of blended FIR counterparts, which strongly affect some flux estimates in previous FIR catalogs. We identify robust near-infrared (NIR) counterparts for all 11 sources with K$_s$ detection, the majority of which are quite red, with eight having $F814W-K_s\gtrsim 4$ and five having $F160W-[4.5]\gtrsim3$. From the FIR point of view, all our objects have $z_{phot}$$\sim$1--3, whereas based on the optical SED one object prefers a high-$z$ solution ($z\geq\ $7). Five objects among our sample have spectroscopic redshifts from the GLASS survey for which we can reproduce their SEDs with existing templates. This verification confirms the validity of our photometric redshift methodology. The mean redshift of our sample is $z_{phot}$=1.99$\pm$0.27. All 1.1mm selected objects are massive (10.0$ \approx$1.6) and high dust contents (8.1 $

연구 동기 및 목표

• 다중 파장 광도를 활용하여 허블 프론티어 필드 클러스터 세 곳 내 1.1 mm 연속체 소스를 식별하고 특성화하기.
• 1.1 mm 사전 정보를 적용하여 블렌딩과 FIR 대응체 오식별을 줄이기 위해 적외선 원거리 광도를 향상시키기.
• 다양한 템플릿(은하핵 활동성은 물론 초저밀집은하, ULIRG 포함)을 사용한 SED 피팅을 통해 광도 적색편이와 물리적 성질(항성 질량, 성간 형성률, 먼지 질량)을 결정하기.
• GLASS 조사의 분광적 적색편이를 활용하여 광도 적색편이 방법을 검증하기.
• 유사 적색편이에서 ALMA로 탐지된 소스의 성질을 UV 및 서브밀리미터 선택 은하군과 비교하여 평가하기.

제안 방법

• HST/WFC3, Spitzer/IRAC, VLT, Herschel/SPIRE 대역에서 다중 파장 광도를 측정하여 전체 SED를 구축하였다.
• 관측된 SED와 모델 템플릿 간의 χ²ν 최소화를 통해 광도 적색편이를 유도하였으며, 특히 FIR 광도 처리 시 1.1 mm 사전 정보를 활용하여 데블렌딩 오류를 줄였다.
• MAGPHYS SED 피팅 도구를 사용하여 항성 질량, 성간 형성률(SFR), 먼지 질량을 추정하였으며, 다양한 템플릿과 흡수(0.0 < Av < 20.0)를 고려하였다.
• GLASS 조사의 분광적 적색편이를 활용하여 광도 적색편이 추정치의 정확도를 검증하였다.
• 형태학적 및 색상 비교를 통해 ALMA 선택 소스가 라이만 브레이크 은하와 라이선 에미터와 어떻게 다를지 분석하였다.
• 프론티어 필드 프로그램의 중력 렌즈 모델을 활용하여 소스 위치와 광도를 보정하였다.

Figure 1 : Thumbnail images of the optical/NIR counterpart for each ALMA $>$ 5 $\sigma$ source. Image sizes are 9″ $\times$ 9″. From left to right, the columns denote HST filters $F435W$ , $F606W$ , $F814W$ , $F105W$ , $F125W$ , $F140W$ , and $F160W$ , Spitzer IRAC filters 3.6 $\mu$ m and 4.5 $\mu$

실험 결과

연구 질문

• RQ1 프론티어 필드 클러스터 내 1.1 mm 선택 은하의 광도 적색편이와 물리적 성질(항성 질량, SFR, 먼지 질량)은 무엇인가?
• RQ2 1.1 mm 사전 정보의 사용이 블렌딩 지역에서의 적외선 원거리 광도 신뢰도를 어떻게 향상시키고 오식별을 줄이는가?
• RQ3 NIR 및 FIR SED를 통합하여 유도한 광도 적색편이가 GLASS 조사의 분광적 적색편이와 얼마나 일치하는가?
• RQ4 ALMA로 탐지된 소스의 성질은 유사 적색편이에서 UV 및 서브밀리미터 선택 은하군과 어떻게 비교되는가?
• RQ5 ALMA로 선택된 소스는 z ≈ 1–3에서 거대하고 먼지가 많은 성간 형성 은하로 일관된가?

주요 결과

• 12개의 ALMA 1.1 mm 소스 모두 근적외선 대응체와 강력하게 연관되어 있었으며, 80%는 F814W-Ks > 4를 보였고, 50%는 F160W-[4.5] > 3를 기록하여 극도로 빨간 색을 띠었다.
• 표본의 평균 광도 적색편이는 z_phot = 1.99 ± 0.27이며, 적색편이라이 범위는 1.0–2.9로, 현상학적 모델과 일치하였다.
• GLASS 조사에서 분광적 적색편이가 확인된 5개 소스는 광도 적색편이 추정치와 뛰어난 일치를 보였으며, 이는 방법론의 타당성을 검증하였다.
• 항성 질량 범위는 10.0 < log[M⋆/M☉] < 11.5이며, 평균은 10.82 ± 0.40로 거대 은하임을 시사하였다.
• 성간 형성률은 높았으며, ⟨log[SFR/(M☉ yr⁻¹)]⟩ ≈ 1.6이었고, 먼지 질량은 8.1 < log[M_dust/M☉] < 8.8의 범위를 가졌다.
• ALMA로 선택된 소스는 조밀하고 명확했으며, 낮은 SFR에서도 UV 선택 은하군(예: 라이만 브레이크 은하 및 라이선 에미터)과는 뚜렷한 차이를 보였으며, UV 및 서브밀리미터 선택 샘플 간의 지속적인 갈림길이 있음을 시사하였다.

Figure 2 : HST color image (F814W as blue, F125W as green, and F160W as red) showing the NW corner of the galaxy cluster A2744. The red squares denote the FIR counterparts found by Rawle et al. ( 2016 ) , while the yellow circles correspond to the ALMA detected sources. The green, cyan, and magenta