[논문 리뷰] The influence of diffuse scattered light II. Observations of galaxy haloes and thick discs and hosts of BCGs

C. Sandín|arXiv (Cornell University)|2015. 02. 25.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 94인용 수 31

한 줄 요약

이 연구는 지상 천체망원경에서 발생하는 산란 빛이 다양한 은하 유형(경사진, 면대면 나선은하, BCG 주변은하, 타원은하 포함)의 은하 표면 brightness 및 색상 프로파일에서 희미한 반점과 두꺼운 디스크를 모방할 수 있음을 보여준다. 저자는 반경 방향으로 연장된 점조절함수(PSF)를 사용하여 산란 빛이 큰 반경에서 인위적인 반점과 빨간색 과잉을 유도함으로써, 많은 보고된 반점이 물리적 구조가 아니라 기기적 오차일 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

Studies of deep photometry of galaxies have presented discoveries of excess light in surface-brightness and colour profiles at large radii in the form of diffuse faint haloes and thick discs. In a majority of the cases, it has seemed necessary to use exotic stellar populations or alternative physical solutions to explain the excess. Few studies have carefully scrutinized the role of scattered light in this context. I explore the influence of scattered light on ground-based observations of haloes and thick discs around edge-on galaxies, haloes around face-on disc galaxies, host galaxies around blue compact galaxies (BCGs), and haloes around elliptical galaxies. Surface-brightness structures of all considered types of galaxies are modelled and analysed to compare scattered-light haloes and thick discs with measurements. I simulate the influence of scattered light and accurate sky subtraction on simplified Sérsic-type and face-on disc galaxy models. All galaxy models are convolved with both lower-limit and brighter point spread functions (PSFs); for a few galaxies it was possible to use dedicated PSFs. The results show bright scattered-light haloes and high amounts of red excess at large radii and faint surface brightnesses for nearly all types of galaxies; exceptions are the largest elliptical-type galaxies where the influence of scattered light is smaller. Studies have underestimated the role of scattered light to explain their surface-brightness profiles. My analysis shows surface-brightness profiles that include scattered light that are very similar to and overlap measurements at all radii. The derivation of physical properties of haloes, thick discs, and BCG hosts from diffuse data is misleading since accurate and radially extended PSFs are non-existent. Significantly improved analyses that include new measurements of PSFs are required to study diffuse haloes further.

연구 동기 및 목표

• 지상 천체망원경에서 발생하는 산란 빛이 다양한 은하 유형의 표면 brightness 및 색상 프로파일에서 관측된 희미한 반점과 두꺼운 디스크를 설명할 수 있는지 조사하기.
• 스카이 백색 제거 및 PSF 정확도와 같은 현재의 데이터 처리 관행의 한계가 진정한 물리적 반점을 탐지하는 데 어떤 영향을 미치는지 평가하기.
• 많은 보고된 반점과 색상 기울기가 실제로는 산란 빛에 의한 기기적 오차일 수 있음을 입증하기.
• 정확하고 반경 방향으로 연장된 PSF가 물리적 반점과 산란 빛 반점을 구분하는 데 필수적임을 주장하기.
• 신뢰할 수 있는 희미한 은하 구조 분석을 가능하게 하기 위해 PSF 측정 및 모델링 향상의 필요성을 주장하기.

제안 방법

• 경사진 및 면대면 나선은하, BCG 주변은하, 타원은하에 대해 세르시 및 디스크 프로파일을 사용하여 은하 표면 brightness 프로파일을 모델링하기.
• 낮은 한계(킹 1971)와 더 밝은 PSF(M02의 V,0m; V,3m; i,0m; i,3m)를 모두 사용하여 은하 모델을 컨볼루션하여 산란 빛 효과 시뮬레이션하기.
• 가용한 전용 PSF를 사용하고, 여러 파장 대역에서 결과를 비교하여 PSF에 의존하는 색상 효과 평가하기.
• 산란 빛과 스카이 백색 제거 정확도의 병합된 영향을 반경 방향 표면 brightness 및 색상 프로파일에 분석하기.
• 모델링된 프로파일을 기존 연구의 관측 결과와 비교하여 산란 빛이 관측된 희미한 구조를 재현할 수 있는지 테스트하기.
• 산란 빛이 물리적 신호를 초월하여 지배하는 지점에서 신뢰할 수 있는 측정의 반경 범위 평가하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 지상 천체망원경에서 발생하는 산란 빛이 은하 표면 brightness 프로파일에서 관측된 희미한 반점과 두꺼운 디스크를 어느 정도 재현할 수 있는가?
• RQ2 PSF의 형태 변화와 반경 방향 연장이 깊은 광학 측정에서 인위적 반점과 색상 기울기의 모습에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 저표면 밝기 및 거리가 먼 은하에서 보고된 반점과 색상 기울기가 왜 물리적 구조보다 산란 빛에 의해 지배되는가?
• RQ4 희미한 표면 밝기에서 진정한 물리적 반점을 탐지하는 데 있어 스카이 백색 제거와 PSF 정확도의 한계는 무엇인가?
• RQ5 은하 외곽 지역에서 관측된 빨간색 과잉이 물리적 항성 집단 효과가 아니라 PSF 유도 색상 기울기로 설명될 수 있는가?

주요 결과

• 산란 빛은 경사진 나선은하, 면대면 디스크, BCG 주변은하, 타원은하를 포함한 모든 은하 유형에서 관측된 희미한 반점과 두꺼운 디스크의 표면 brightness 프로파일을 매우 유사하게 재현한다.
• 산란 빛의 영향은 특히 반점 영역에서 큰 반경에서 뚜렷한 빨간색 과잉을 유도하며, 이는 물리적 항성 집단 변화를 모방할 수 있는 인위적 색상 기울기를 생성한다.
• 정확한 스카이 백색 제거가 이루어져도 산란 빛이 희미한 표면 밝기 영역에서 지배적이므로, 정확하고 연장된 PSF가 없이선 물리적 반점과 기기적 오차를 구분할 수 없다.
• 산란 빛 영향을 과소평가하지 않으려면 PSF가 관측 구조의 반경 범위의 최소 1.5배 이상으로 연장되어야 한다.
• 현재의 깊은 탐색 조사에서는 PSF가 너무 밝고 충분히 연장되지 않아 산란 빛 효과가 악화되고 진정한 물리적 반점이 더욱 가려진다.
• 정확하고 반경 방향으로 연장된 PSF가 측정되고 사용되기 이전까지는, 진정한 물리적 반점을 탐지할 수 있는 유일한 신뢰할 수 있는 방법은 근접한 은하에서 비대칭 조리개 구조나 해상도 있는 별을 통한 분석뿐이다.