[논문 리뷰] The ALMA Frontier Fields Survey III: 1.1 mm Emission Line Identifications in Abell 2744, MACSJ0416.1-2403, MACSJ1149.5+2223, Abell 370, and Abell S1063

Jorge González-López, F. E. Bauer외 13명|UCL Discovery (University College London)|2017. 04. 10.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 55인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 ALMA 1.1 mm 연속분포 관측을 통해 다섯 개인 프론티어 필드 은하단에서 26개의 마이크로미터 방출선 후보를 식별하였으며, 깊은 가까운 적외선 영상 데이터를 활용해 선들을 은하와 연관지웠다. 연구는 CO 전이가 적색편이 0.28–3.07에 해당하는 9개의 고신뢰도 검출를 확인하였고, 두 개의 성간별 폭발 은하와 한 개의 램 압력에 의해 물질이 빠져나가는 젤리피쉬 은하를 식별하였다. 이는 보조 데이터를 활용한 넓은 분야 연속분포 조사에서 뜻밖의 선 검출이 가능함을 보여준다.

ABSTRACT

Most sub-mm emission line studies of galaxies to date have targeted sources with known redshifts where the frequencies of the lines are well constrained. Recent blind line scans circumvent the spectroscopic redshift requirement, which could represent a selection bias. Our aim is to detect emission lines present in continuum oriented observations. The detection of such lines provides spectroscopic redshift and yields properties of the galaxies. We perform a search for emission lines in the ALMA observations of five Frontier Fields clusters and assess the reliability of our detection by associating line candidates with detected galaxies in deep near-infrared imaging. We find 26 significant emission lines candidates, with observed line fluxes between 0.2-4.6 Jy km s$^{-1}$ and velocity dispersions (FWHM) of 25-600 km s$^{-1}$. Nine of these candidates lie nearby to near-infrared sources, boosting their reliability; in six cases the observed line frequency and strength are consistent with expectations given the photometric redshift and properties of the galaxy counterparts. We present redshift identifications, magnifications and molecular gas estimates for the galaxies with identified lines. We show that two of these candidates likely originate from starburst galaxies, one of which is a jellyfish galaxy, while another two are consistent with being main sequence galaxies based in their depletion times. This work highlights the degree to which serendipitous emission lines can be discovered in large mosaic continuum observations when deep ancillary data are available. The low number of high-significance line detections, however, confirms that such surveys are not as optimal as blind line scans. We stress that Monte Carlo simulations should be used to assess the line detections significances, since using the negative noise suffers from stochasticity and incurs larger uncertainties.

연구 동기 및 목표

• 다섯 개의 거대 은하단에 대한 ALMA 1.1 mm 연속분포 관측에서 뜻밖의 방출선을 검출하기 위해 노력한다.
• 기존 적색편이 지식 없이 선을 식별하여 방출선 조사에서 발생하는 선택 편향을 극복한다.
• 깊은 가까운 적외선 영상 데이터를 활용해 선 후보를 은가와 연관지켜 검출 신뢰도를 향상시킨다.
• 식별된 소스의 적색편이, 확대율, 분자 가스 질량을 추정한다.
• 연속분포 기반 선 조사와 전용 블라인드 선 스캔 간의 효율성을 평가한다.

제안 방법

• Abell 2744, MACSJ0416.1-2403, MACSJ1149.5+2223, Abell 370, Abell S1063의 ALMA 1.1 mm 연속분포 모자이크에서 블라인드 검색을 수행하였다.
• 감지 유의미도 평가를 위해 음성 노이즈와 몬테카를로 시뮬레이션을 사용하였으며, 낮은 확률적 변동성으로 인해 몬테카를로 시뮬레이션을 우선시하였다.
• 공간적 일치성을 평가하기 위해 허블 우주망원경의 가까운 적외선 영상에서의 은하와 선 후보를 교차 식별하였다.
• 선 특징에 대해 가우시안 프로파일을 피팅하여 기울기, 속도 폭(FWHM), 적색편이를 측정하였다.
• 광학적 적색편이 기반으로 예상되는 전이(예: CO 선)와 관측된 선 주파수 및 강도를 비교하였다.
• 중력 렌즈 모델을 활용해 확대 효과를 보정하고 진정한 소스 성질을 유도하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ALMA 연속분포 관측에서 사전 적색편이 정보 없이도 방출선을 신뢰성 있게 검출할 수 있는가?
• RQ2 깊은 가까운 적외선 영상은 뜻밖의 선 후보의 천체물리적 기원을 확인하는 데 얼마나 효과적인가?
• RQ3 검출된 소스의 적색편이, 선 식별, 물리적 성질(SFR, 가스 질량 등)은 무엇인가?
• RQ4 전용 블라인드 선 스캔 조사와 비교했을 때 감지율과 신뢰도는 어떻게 다른가?
• RQ5 음성 노이즈 대비 몬테카를로 시뮬레이션은 선의 유의미도를 정확히 평가하는 데 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 총 26개의 방출선 후보가 검출되었으며, 관측된 선 기울기는 0.2에서 4.6 Jy km s⁻¹ 사이, FWHM 속도 분산은 25에서 600 km s⁻¹ 사이였다.
• 9개의 선 후보가 가까운 적외선 은하와 가까운 공간적 위치에 있어 신뢰도가 향상되었으며, 이 중 6개는 광학적 적색편이 기반 예상 CO 전이와 일치하는 주파수 및 강도를 보였다.
• 두 개의 소스는 성간별 폭발 은하로 식별되었으며, 한 개는 램 압력에 의해 물질이 빠져나가는 젤리피쉬 은하였고, 다른 하나는 높은 SFR을 가진 빛나는 성간별 폭발 은하였다.
• 추가로 두 개의 소스는 메인 시퀀스 은하와 일치하였으며, 분자 가스 고갈 시간스케일은 중간 수준의 항성 형성 효율성을 시사하였다.
• 몬테카를로 시뮬레이션이 정확한 유의미도 평가에 필수적임을 확인하였으며, 음성 노이즈는 더 높은 불확실성과 확률적 변동성을 유도한다.
• 다행히도 뜻밖의 검출이 성공했지만, 고신뢰도 검출 수가 낮다는 점은 연속분포 기반 조사가 대규모 선 조사에 있어서 전용 블라인드 선 스캔보다 최적화되어 있지 않음을 확인한다.