[논문 리뷰] The ATESP 5 GHz radio survey I. Source counts and spectral index properties of the faint radio population

I. Prandoni, P. Parma외 6명|ArXiv.org|2006. 07. 07.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 31인용 수 39

한 줄 요약

이 연구는 ATASEP 1.4 GHz 조사에서 확보한 1 deg² 영역에 대한 5 GHz 라디오 조사를 수행하여 6σ 감도 약 0.4 mJy를 달성하였다. 이는 1.4–5 GHz 스펙트럼 지수의 감소하는 광도에서의 급격한 평탄화를 드러내며, 특히 5 GHz로 선택된 샘플에서 두드러지게 나타나며, 하위-mJy 수준에서 평탄하거나 역전된 스펙트럼을 가진 천체의 비율이 증가하고 있음을 시사한다. 이는 저광도에서 항성 형성 또는 AGN 활동이 지배하는 라디오 천체의 진화와 일치한다.

ABSTRACT

[Abridged] The nature and evolutionary properties of the faint radio population, responsible for the steepening observed in the 1.4 GHz source counts below 1 milliJy, are not yet entirely clear. Radio spectral indices may help to constrain the origin of the radio emission in such faint radio sources and may be fundamental in understanding eventual links to the optical light. We study the spectral index behaviour of sources that were found in the 1.4 GHz ATESP survey (Prandoni et al. 2000a,b). Using the Australia Telescope Compact Array we observed at 5 GHz part of the region covered by the sub-mJy ATESP survey. In particular we imaged a one square degree area for which deep optical imaging in UBVRIJK is available. In this paper we present the 5 GHz survey and source catalogue, we derive the 5 GHz source counts and we discuss the 1.4-5 GHz spectral index properties of the ATESP sources. The analysis of the optical properties of the sample will be the subject of a following paper. The 5 GHz survey has produced a catalogue of 111 radio sources, complete down to a (6 sigma) limit S_lim(5 GHz)~0.4 mJy. We take advantage of the better spatial resolution at 5 GHz (~2 arcsec compared to ~8 arcsec at 1.4 GHz) to infer radio source structures and sizes. The 5 GHz source counts derived by the present sample are consistent with those reported in the literature, but improve significantly the statistics in the flux range 0.4< S(5 GHz)<1 mJy. The ATESP sources show a flattening of the 1.4-5 GHz spectral index with decreasing flux density, which is particularly significant for the 5 GHz selected sample. Such a flattening confirm previous results coming from smaller samples and is consistent with a flattening of the 5 GHz source counts occurring at fluxes <=0.5 mJy.

연구 동기 및 목표

• 희미한 라디오 천체의 1.4–5 GHz 스펙트럼 지수 행동을 조사하여 라디오 방출의 기원을 규명한다.
• 깊이 있고 고해상도 조사로 0.4–1 mJy 광도 범위 내에서 5 GHz 천체 수를 통계적으로 정밀하게 향상시킨다.
• 희미한 라디오 천체 집단의 물리적 성질을 이해하기 위해 라디오 천체의 형태 및 크기 분포의 역할을 평가한다.
• 소스 식별 및 광학적 적색편이 추정을 위해 라디오 데이터를 깊은 UBVRI 광학 이미징과 융합하여 향후 다중 파장 연구를 가능하게 한다.

제안 방법

• 이전에 1.4 GHz에서 조사된 1 deg² 영역에 대해 호주 전파 망원경 협동 어레이(ATCA)를 이용해 5 GHz 후속 조사를 실시하였다.
• 일관된 소스 추출 및 형태 분석을 위해 저해상도(8 arcsec) 및 전체 해상도(~2 arcsec) 모자이크를 제작하였다.
• 저해상도 이미지를 사용해 0.4 mJy(6σ)까지 완전한 111개의 라디오 소스 목록을 작성하였다.
• 양측 주파수에서 검출된 소스의 1.4–5 GHz 스펙트럼 지수를 측정하였으며, 광도 비율을 이용해 스펙트럼 지수 분포를 유도하였다.
• 빔 스메어링 및 소스 크기 영향으로 인한 불완전성 보정을 위해 5 GHz 천체 수에 해상도 편향 보정을 적용하였다.
• 기존 문헌과의 비교를 통해 유도된 천체 수 및 스펙트럼 지수 분포의 일관성을 평가하고 통계적 유의성을 향상시켰다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 희미한 라디오 천체의 1.4–5 GHz 스펙트럼 지수는 광도 감소에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ2 하위-mJy 영역에서 평탄하거나 역전된 스펙트럼 소스의 비율은 얼마이며, 1.4 GHz로 선택된 샘플과 5 GHz로 선택된 샘플 간에 어떻게 달라지는가?
• RQ3 해상도 효과는 5 GHz에서 관측된 천체 수 및 스펙트럼 지수 분포에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ4 0.5 mJy 이하 광도에서 관측된 스펙트럼 지수 평탄화가 5 GHz 천체 수의 평탄화와 일치하는가?
• RQ5 스펙트럼 지수 행동은 희미한 라디오 천체에서 항성 형성과 핵 활동 중 어느 것이 주요 방출 기작인지 구분하는 데 도움이 되는가?

주요 결과

• 5 GHz 천체 수는 기존 문헌과 일치하며, 0.4–1 mJy 광도 범위에서 통계적 정밀도를 크게 향상시켰다.
• 광도 감소에 따라 1.4–5 GHz 스펙트럼 지수의 명백한 평탄화가 관측되었으며, 특히 5 GHz로 선택된 샘플에서 두드러지게 나타났다.
• mJy 광도 수준에서는 주로 기울어진 스펙트럼(α ~ -0.7)이 지배적이지만, 하위-mJy 수준에서는 5 GHz 소스의 약 60%가 평탄한 스펙트럼(α > -0.5)을 보이며, 약 30%는 역전된 스펙트럼(α > 0)을 보였다.
• 하위-mJy 광도에서 5 GHz로 선택된 샘플의 중앙 스펙트럼 지수는 α_med = -0.29이며, 이는 1.4 GHz로 선택된 샘플의 α_med = -0.53보다 더 기울어진 스펙트럼 지수 분포를 나타낸다.
• 0.4 mJy까지 5 GHz 천체 수에 평탄화가 관측되지 않은 것은, 스펙트럼 지수 평탄화가 약 0.5 mJy 근처에서 기대되는 수치 평탄화를 암시하기 때문이며, 이는 조사의 광도 한계와 가까운 수준이다.
• 소스 크기 분석 결과, 해상도가 2 arcsec 이하인 비형상 소스는 이전 연구와 일치하며, 각도 크기 분포는 약 0.7–1 mJy까지 Windhorst 등(1990)의 결과로 잘 기술된다.