[논문 리뷰] The Galaxy Luminosity Function and Luminosity Density at Redshift z=0.1

Michael R. Blanton, David W. Hogg외 17명|arXiv (Cornell University)|2002. 10. 09.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 13

한 줄 요약

이 논문은 슬론 디지털 천문도감(Sloan Digital Sky Survey, SDSS)의 147,986개 은하를 이용하여 적색이송 z=0.1에서 은하의 등급함수 및 등급밀도를 측정한다. 최대우도 방법을 적용하여 밝기 불확실성, 조사 한계, 등급진화를 고려한다. 다섯 개인 복귀기준 대역에서 등급밀도를 보고하며, r-대역 등급밀도는 (1.84 ± 0.04) × 10⁸ h L☉ Mpc⁻³로 나타나 이전 SDSS 측정치보다 약 0.5 magnitude 높아졌는데, 이는 진화 모델링 향상으로 인한 것이다.

ABSTRACT

Using a catalog of 147,986 galaxy redshifts and fluxes from the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) we measure the galaxy luminosity density at z=0.1 in five optical bandpasses corresponding to the SDSS bandpasses shifted to match their restframe shape at z=0.1. We denote the bands {0.1}{u}, {0.1}{g}, {0.1}{r}, {0.1}{i}, {0.1}{z}, with λ_{eff} = [3216, 4240, 5595, 6792, 8111] Angstroms respectively. We use a maximum likelihood method which allows for a general form for the shape of the luminosity function, simple luminosity and number evolution, incorporates flux uncertainties, and accounts for the flux limits of the survey. We find luminosity densities at z=0.1 in absolute AB magnitudes in a Mpc^3 of [-14.10 \pm 0.15, -15.18 \pm 0.03, -15.90 \pm 0.03, -16.24 \pm 0.03, -16.56 \pm 0.02] in [{0.1}{u}, {0.1}{g}, {0.1}{r}, {0.1}{i}, {0.1}{z}], respectively, using Ω_0 =0.3, Ω_Λ=0.7, and h=1, and using Petrosian magnitudes. Similar results are obtained using Sersic model magnitudes, suggesting that flux from outside the Petrosian apertures is not a major correction. In the {0.1}{r} band, the best fit Schechter function to our results has ϕ_\ast = (1.49 \pm 0.04) imes 10^{-2} h^3 Mpc^{-3}, M_\ast - 5\log_{10} h = -20.44 \pm 0.01, and α= -1.05\pm 0.01. In solar luminosities, the luminosity density in {0.1}{r} is (1.84 \pm 0.04) h 10^8 L_{{0.1}{r},\odot} Mpc^{-3}. Our results are consistent with other estimates of the luminosity density, from the Two-degree Field Galaxy Redshift Survey and the Millenium Galaxy Catalog. They represent a substantial change (\sim 0.5 mag) from earlier SDSS luminosity density results based on commissioning data, almost entirely because of the inclusion of evolution in the luminosity function model.

연구 동기 및 목표

• 대규모 고품질 은하 조사 자료를 이용하여 적색이송 z=0.1에서 은하의 등급함수 및 등급밀도를 측정하는 것.
• 등급함수 모델에 등급진화 및 수량진화를 통합하여 이전 SDSS 결과를 개선하는 것.
• 등기 불확실성, 조사의 밝기 한계, 광학계 시스템적 오차가 등급밀도 추정에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 표면 밝기 선택 효과 및 천체배경 제거 문제에 대한 결과의 강인성을 시험하는 것.
• 은하 형성 모델 제약, 질량-등급비, 고적색이송 진화를 위한 기준 데이터셋을 제공하는 것.

제안 방법

• 등급함수를 피팅하기 위해 최대우도 방법을 사용하며, 일반적인 함수 형태를 允허하고 등기 불확실성을 포함한다.
• Ω₀=0.3, ΩΛ=0.7, h=1인 천체역학 모델을 적용하여 절대 등급 및 등급밀도를 계산한다.
• z=0.1에서 효과적 파장 3216 Å에서 8111 Å에 해당하는 다섯 개의 복귀기준 대역(⁰.¹u, ⁰.¹g, ⁰.¹r, ⁰.¹i, ⁰.¹z)에서 등기를 측정한다.
• 결과에 대한 조리개 선택의 영향을 시험하기 위해 SDSS Petrosian 및 Sérsic 모델 등기값을 모두 활용한다.
• 간단한 매개수 형태로 등급진화를 모델링하고, 우도 함수에 조사의 등기 한계를 반영한다.
• 표면 밝기 선택 효과를 검증하고, 저신호대비비율(S/N) 및 천체배경 잔여물 분석을 통해 결과를 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 등급진화 및 수량진화를 고려할 때, z=0.1에서 복귀기준 가시광대역에서 은하의 등급밀도는 얼마인가?
• RQ2 z=0.1에서의 등급함수 매개수(φ*, M*, α)는 낮은 적색이송에서의 값과 어떻게 비교되며, 이는 은하 진화에 어떤 의미를 갖는가?
• RQ3 표면 밝기 선택 효과가 SDSS 조사에서 등급밀도 추정에 얼마나 심각한 편향을 유도하는가?
• RQ4 Petrosian 등기값 기반 결과와 Sérsic 모델 등기값 기반 결과의 비교는 등기 조리개 선택의 중요성을 어떻게 시사하는가?
• RQ5 업데이트된 등급밀도 추정치는 2dFGRS 및 밀레니엄 은하 목록(Millenium Galaxy Catalog)의 이전 측정치와 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• z=0.1에서 ⁰.¹r 대역의 등급밀도는 (1.84 ± 0.04) × 10⁸ h L☉ Mpc⁻³로 나타나 이전 SDSS 코미션링 데이터 결과보다 약 0.5 magnitude 높아졌다.
• ⁰.¹r 대역에서 최적의 피팅 Schechter 함수 매개수는 φ* = (1.49 ± 0.04) × 10⁻² h³ Mpc⁻³, M* − 5 log₁₀ h = −20.44 ± 0.01, α = −1.05 ± 0.01이다.
• 다섯 개의 복귀기준 대역에서의 등급밀도는 각각 Mpc³당 절대 AB 등급으로 [−14.10 ± 0.15, −15.18 ± 0.03, −15.90 ± 0.03, −16.24 ± 0.03, −16.56 ± 0.02]이다.
• Sérsic 모델 등기값을 사용한 결과는 Petrosian 등기값을 사용한 결과와 일치하여, Petrosian 조리개 외부의 등기 영향이 등급밀도 추정에 유의미하게 영향을 주지 않는다는 것을 시사한다.
• 은하계 흡수까지 A_r ≈ 2 이하에서 표면 밝기 측정에 체계적 편향이 없음을 발견하여, 저표면 밝기에서 조사가 강하게 불완전하지 않다는 것을 시사한다.
• 결과는 Two-degree Field Galaxy Redshift Survey 및 Millenium Galaxy Catalog의 독립적 추정과 일치하여 그 신뢰성과 강인성을 뒷받침한다.