[논문 리뷰] The ESO-Spitzer Imaging extragalactic Survey (ESIS) II: VIMOS I,z wide field imaging of ELAIS-S1 and selection of distant massive galaxies

S. Berta, Stefano Rubele외 14명|ArXiv.org|2008. 07. 01.

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한 줄 요약

이 논문은 VLT의 VIMOS를 사용하여 ELAIS-S1 영역의 깊은 I 및 z-band 광역 영상 촬영을 수행하여, 적색편이 z=2–3인 거대은하 973개를 IR-peak 기법을 통해 식별한다. 이 조사에서는 I=23.1 mag 및 z=22.5 mag (Vega 척도)에서 90%의 완전도를 달성하여, z>2에서 희귀한 거대은하를 선택하기 위한 중요한 광학적 제약 조건을 제공하며, 초기 우주에서 별질량 함수의 고질량 끝부분 연구를 크게 발전시킨다.

ABSTRACT

(abridged) The ESIS survey is the optical follow up of the SWIRE/Spitzer in the ELAIS-S1 region of the sky. In the era of observational cosmology, the main efforts are focused on the study of galaxy evolution and its environmental dependence. Wide area, multiwavelength, extragalactic surveys are needed in order to probe sufficiently large volumes, minimize cosmic variance and find significant numbers of rare objects. We present VIMOS I and z band imaging belonging to the ESIS survey. A total of ~4 deg2 were targeted in I and ~1 deg2 in z. More than 300000 galaxies have been detected in the I band and ~50000 in the z band. Object coordinates are defined within an uncertainty of ~0.2 arcsec r.m.s., with respect to GSC 2.2. We reach a 90% average completeness at 23.1 and 22.5 mag (Vega) in the I and z bands, respectively. On the basis of IRAC colors, we identified galaxies having the 1.6 um stellar peak shifted to z=1-3. The new I, z band data provide reliable constraints to avoid low-redshift interlopers and reinforce this selection. Roughly 1000 galaxies between z=2-3 were identified over the ESIS ~4 deg2, at the SWIRE 5.8 um depth (25.8 uJy at 3sigma). These are the best galaxy candidates to dominate the massive tail (M>1e11 Msun) of the z>2 mass function.

연구 동기 및 목표

• 우주의 우연성에 기인한 변동을 최소화하고 희귀한 거대 고적색편이 은하를 탐지할 수 있도록 광역 다중파장 조사 수행
• 필드를 좁게 촬영하는 펜슬-빔 조사의 한계를 극복하기 위해 광역 광학 및 적외선 데이터로 큰 부피를 탐사
• 깊은 I 및 z 대역 영상으로써 광학적 적색편이 추정 정확도를 향상시키고 저적색편이 간섭자 오염을 감소
• 1.6 μm 별의 피크가 IRAC 대역(3.6–8.0 μm)으로 이동된 것을 이용해 z > 2에서 M > 10^11 M⊙인 거대은하 식별 및 특성 분석
• 신뢰성 있고 광역의 은하계 외부 조사 자료를 제공함으로써 초기 우주에서 은하 질량 형성 및 환경 의존성 연구 지원

제안 방법

• I 대역 약 4 deg², z 대역 약 1 deg²에 걸쳐 VIMOS I 및 z 대역 영상 촬영을 수행하였으며, 각각 노출 시간은 1800초 및 3600초였다.
• 복잡한 관측 패턴을 고도로 발전된 모자이킹 및 기체 효과 제거 기법을 사용해 처리하여, I 대역 9개 모자이킹 및 z 대역 1개 모자이킹을 생성하였다.
• 조사 깊이 및 관측 조건를 현실적으로 시뮬레이션하여 광학적 오차 및 완전도 수준을 추정하였다.
• 1.6 μm 별의 피크가 적외선 대역(IRAC, 3.6–8.0 μm)으로 적색편이된 은하를 식별하기 위해 IR-peak 기법을 적용하였으며, 이는 z ≈ 1–3를 의미한다.
• 저적색편이(z < 0.6) 간섭자를 제거하기 위해 I 대역 데이터를 활용해 (I−3.6)AB > 2 색상 컷을 적용하였다.
• 약 1 deg² 영역에서 z 대역에 BzK 선택 기법을 적용하여 IR-peak 선택 결과를 상호 검증하고 고적색편이 성간 은하 집단의 확인을 수행하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 광역 은하계 외부 조사에서 z=2–3에서 질량 M > 10^11 M⊙인 거대은하의 수 밀도 및 공간 분포는 어떠한가?
• RQ2 I 및 z 대역 영상의 조합이 고적색편이 은하 선택에서 저적색편이 간섭자를 감소시키는 데 얼마나 효과적인가?
• RQ3 IR-peak 및 BzK 선택 기법이 ELAIS-S1 영역에서 고적색편이 성간 은하를 식별하는 데 얼마나 일치하는가?
• RQ4 VIMOS I 및 z 대역 영상의 완전도 및 광학적 정확도는 ELAIS-S1 지역에서 어떠한가?
• RQ5 ESIS 조사가 z>2에서 별질량 함수의 고질량 끝부분을 제약하는 데 기여하는 바는 무엇인가?

주요 결과

• I 대역에서 30만 개 이상, z 대역에서 약 5만 개의 은하가 탐지되었으며, GSC 2.2 기준로 약 0.2 arcsec r.m.s.의 천체측위 정확도를 확보하였다.
• I 및 z 대역에서 각각 I=23.1 mag 및 z=22.5 mag (Vega magnitude)에서 평균 90%의 완전도를 달성하였다.
• 1.6 μm 별의 피크가 5.8 μm 대역으로 이동된 총 973개의 은하가 z=2–3에서 식별되었으며, 이는 M > 10^11 M⊙에 해당한다.
• I 대역 (I−3.6)AB > 2 색상 컷이 저적색편이 간섭자(z < 0.6)를 효과적으로 제거하여 선택의 정밀도를 향상시켰다.
• 중앙 1 deg² 영역에서 SWIRE-ESIS의 해상도로는 수동적 IR-peak 은하가 탐지되지 않았으며, 이는 z>2에서 가장 거대한 은하들이 주로 성간 활동을 보이고 있음을 시사한다.
• ESIS 조사는 신뢰성 있고 광역의 데이터셋을 제공하여, z>2에서 별질량 함수의 거대한 尾(꼬리) 부분을 연구할 수 있도록 하였으며, 이는 초기 은하 형성 이해의 핵심 목표이다.