[논문 리뷰] The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey: III. Testing photometric redshifts to 30th magnitude

J. Brinchmann, Hanae Inami외 15명|Leiden Repository (Leiden University)|2017. 10. 13.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 67인용 수 16

한 줄 요약

이 연구는 허블 우주 깊은 필드의 은하에 대해 MUSE 적층장치 스펙트로스코피를 기준으로 하여 등급 30까지의 광학적 적색편이(photo-z) 성능을 시험한다. 결과적으로 EAZY, BPZ, BEAGLE 등의 photo-z 코드는 모든 등급에서 편향이 <0.05를 유지하지만, 0.4<z<1.5 및 z>3 범위에서 최대 ±0.04의 체계적 오프셋이 발생하며, |(z_MUSE - pz)/(1+z_MUSE)| > 0.15 인 이격도 비율은 8–10%에 이르며, 희미한 은하 조사에서 공간적 혼합이 치명적인 오염 위험을 초래함을 밝혀냈다.

ABSTRACT

We tested the performance of photometric redshifts for galaxies in the Hubble Ultra Deep field down to 30th magnitude. We compared photometric redshift estimates from three spectral fitting codes from the literature (EAZY, BPZ and BEAGLE) to high quality redshifts for 1227 galaxies from the MUSE integral field spectrograph. All these codes can return photometric redshifts with bias |Dzn|=|z-z_phot|/(1+z)&lt;0.05 down to F775W=30 and spectroscopic incompleteness is unlikely to strongly modify this statement. We have, however, identified clear systematic biases in the determination of photometric redshifts: in the 0.43 they are systematically biased high by up to Dzn = 0.05, an offset that can in part be explained by adjusting the amount of intergalactic absorption applied. In agreement with previous studies we find little difference in the performance of the different codes, but in contrast to those we find that adding extensive ground-based and IRAC photometry actually can worsen photo-z performance for faint galaxies. We find an outlier fraction, defined through |Dzn|&gt;0.15, of 8% for BPZ and 10% for EAZY and BEAGLE, and show explicitly that this is a strong function of magnitude. While this outlier fraction is high relative to numbers presented in the literature for brighter galaxies, they are very comparable to literature results when the depth of the data is taken into account. Finally, we demonstrate that while a redshift might be of high confidence, the association of a spectrum to the photometric object can be very uncertain and lead to a contamination of a few percent in spectroscopic training samples that do not show up as catastrophic outliers, a problem that must be tackled in order to have sufficiently accurate photometric redshifts for future cosmological surveys.

연구 동기 및 목표

• 허블 우주 깊은 필드에서 30등급까지의 극히 희미한 은하에 대한 광학적 적색편이 정확도를 평가하기 위해.
• 고품질의 MUSE 스펙트로스코픽 적색편이에 비해 널리 사용되는 세 가지 photo-z 코드(EAZY, BPZ, BEAGLE)의 성능을 평가하기 위해.
• 극도로 깊은 깊이에서 photo-z 추정치의 체계적 편향과 이격도 비율을 규명하기 위해.
• 공간적 혼합이 스펙트로스코픽 학습 샘플과 photo-z 캘리브레이션에 어떤 영향을 미치는지 조사하기 위해.

제안 방법

• MUSE 적층장치 스펙트로스코피를 활용해 m_F775W = 30까지의 1,227개 은하에 대해 고정밀 적색편이를 확보하였다.
• MUSE 적색편이와 비교하여 EAZY, BPZ, BEAGLE의 광학적 적색편이를 정규화된 적색편이 차이 |(z_MUSE - pz)/(1 + z_MUSE)| 를 통해 분석하였다.
• photo-z 성능이 등급, 적색편이, 은하 색상에 따라 어떻게 달라지는지 분석하였다.
• 희미한 영역에서 photo-z 정확도에 기반 및 IRAC 광학 측정치를 추가했을 때의 영향을 평가하였다.
• 표적보다 더 강한 발광선을 가진 더 희미한, 공간적으로 겹치는 천체가 포함된 공간적 혼합 은하의 비율을 정량화하였다. 이는 적색편이 할당을 오염시킬 수 있다.
• 간성간 매질(IGM) 흠집 모델링이 photo-z 추정치의 체계적 편향에 어떤 영향을 미치는지 탐구하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 m_F775W = 30에서의 광학적 적색편이는 얼마나 정확한가? 그리고 0.4 < z < 5 범위에서 편향이 <0.05를 유지하는가?
• RQ2 희미한 등급에서 EAZY, BPZ, BEAGLE의 photo-z 추정치에 체계적 편향가 존재하는가? 만약 존재한다면 그 원인은 무엇인가?
• RQ3 광범위한 기반 및 IRAC 광학 측정치를 추가하면 희미한 은하의 photo-z 성능에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 공간적 혼합으로 인해 잘못된 스펙트로스코픽 적색편이 할당을 받는 은하 비율은 얼마인가? 이는 학습 샘플에 오염을 초래할 수 있다.
• RQ5 극심한 이격도 (|Δz/(1+z)| > 0.5)와 혼합된 소스로 인한 오염이 향후 천체물리학적 조사에서 photo-z 캘리브레이션을 얼마나 심각하게 손상시키는가?

주요 결과

• EAZY, BPZ, BEAGLE의 세 photo-z 코드 모두 m_F775W = 30까지 |(z_MUSE - pz)/(1 + z_MUSE)| < 0.05 의 편향을 달성하여 극도로 깊은 깊이에서의 우수한 성능을 보였다.
• 0.4 < z < 1.5 범위에서 최대 -0.04의 체계적 편향(낮은 편향)과 z > 3에서 +0.05의 체계적 편향(높은 편향)이 확인되어 적색편이에 따라 달라지는 캘리브레이션 문제를 시사하였다.
• 이격도 비율(정의: |(z_MUSE - pz)/(1 + z_MUSE)| > 0.15)은 BPZ의 경우 8%, EAZY와 BEAGLE의 경우 10%에 이르며, 이 비율은 등급이 높아질수록 뚜렷하게 증가하였다.
• 광범위한 기반 및 IRAC 광학 측정치를 추가하면 예상과는 반대로 희미한 은하의 photo-z 성능이 악화되었다.
• m_F775W = 25일 때, 1–2%의 은하가 더 희미하고 공간적으로 겹치는 소스를 가지며, 더 강한 발광선을 보여, 잘못된 적색편이 할당과 학습 샘플 오염의 위험이 있었다.
• 극심한 이격도 (|Δz/(1+z)| > 0.5)는 EAZY에서 BEAGLE나 BPZ보다 2–3배 더 많은 은하에 영향을 주었지만, 세 코드 모두에서 동시에 0.6% 미만의 은하가 극심한 이격도를 보였으며, 이는 서로 다른 코드 간 검증이 문제 케이스를 식별하는 데 도움이 될 수 있음을 시사한다.