[논문 리뷰] The StEllar Counterparts of COmpact high velocity clouds (SECCO) survey. II. Sensitivity of the survey and an Atlas of Synthetic Dwarf Galaxies

G. Beccari, M. Bellazzini외 6명|CINECA IRIS Institutial research information system (University of Pisa)|2016. 04. 11.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 52인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 대형 이중망원경을 사용한 깊은 이미징을 통해, 낡고 금속 농도가 낮은 인구를 가진 합성 소형은하를 시뮬레이션하여, 밀도가 낮고 빛이 매우 약한 별 성분이 있는 밀집 고속 구름(UCHVCs)을 탐지하기 위한 SECCO 설문조사를 민감도 평가한다. μ_V,h ≈ 27.5 mag/arcsec²까지의 탐지 한계를 2.5 Mpc 거리까지 확보함으로써 초연약하고 가스가 풍부한 소형은하에 대한 높은 민감도를 확인하였으며, 이는 유령은하단의 알려진 낮은 표면광도 dSphs를 탐지하여 설문조사의 능력을 검증한 것이다.

ABSTRACT

SECCO is a survey devoted to the search for stellar counterparts within Ultra Compact High Velocity Clouds. In this contribution we present the results of a set of simulations aimed at the quantitative estimate of the sensitivity of the survey as a function of the total luminosity, size and distance of the stellar systems we are looking for. For all our synthetic galaxies we assumed an exponential surface brightness profile and an old and metal-poor population. The synthetic galaxies are simulated both on the images and on the photometric catalogs, taking into account all the observational effects. In the fields where the available observational material is of the top quality we detect synthetic galaxies as >=5 sigma over-densities of resolved stars down to muV,h=30.0 mag/arcsec2, for D<=1.5 Mpc, and down to muV,h~29.5 mag/arcsec2, for D<=2.5 Mpc. In the field with the worst observational material of the whole survey we detect synthetic galaxies with muV,h<=28.8 mag/arcsec2 out to D<=1.0 Mpc, and those with muV,h<=27.5 mag/arcsec2 out to D<=2.5 Mpc. Dwarf galaxies with MV=-10, with sizes in the range spanned by known dwarfs, are detected by visual inspection of the images up to D=5 Mpc independently of the image quality. In the best quality images dwarfs are partially resolved into stars up to D=3.0 Mpc, and completely unresolved at D=5 Mpc. As an independent test of the sensitivity of our images to low surface brightness galaxies we report on the detection of several dwarf spheroidal galaxies probably located in the Virgo cluster with MV<=-8.0 and muV,h<=26.8 mag/arcsec2. The nature of the previously discovered SECCO 1 stellar system, also likely located in the Virgo cluster, is re-discussed in comparison with these dwarfs. While specific for the SECCO survey, our study may also provide general guidelines for detection of faint stellar systems with 8m class telescopes.

연구 동기 및 목표

• SECCO 설문조사가 밀집 고속 구름(UCHVCs)과 관련된 매우 어두운, 표면광도가 낮은 별 시스템에 대해 얼마나 민감한지 정량화하는 것.
• 기하학적 프로파일과 나이가 많고 금속 농도가 낮은 인구를 가진 현실적인 특성을 가진 합성 소형은하를 시뮬레이션하여, 다양한 거리와 빛의 세기에서 탐지 한계를 테스트하는 것.
• 이미지 품질과 깊이 등의 관측 조건이 어두운 별 집합의 탐지 가능성에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 기존의 낮은 표면광도 dSphs를 유령은하단에서 탐지하여 설문조사의 민감도를 검증하는 것.
• 8m급 망원경을 사용한 깊은 이미징과 광도 목록을 활용해 어두운 별 시스템을 탐지하기 위한 일반적 지침을 제공하는 것.

제안 방법

• 다양한 총 V-대역 등급, 크기, 거리에서 기하학적 프로파일과 나이가 많고 금속 농도가 낮은 별 인구를 가진 합성 소형은하를 시뮬레이션한다.
• 모든 관측 효과(보기 품질, 배경 노이즈, 광도 기준 오차 등)를 고려하여 실제 이미지와 광도 목록에 합성은하를 주입한다.
• 표면광도(μ_V,h)에 대한 탐지 한계를 5σ 유의수준 기준으로 정의하며, 거리와 이미지 품질의 함수로 한다.
• 이미지 깊이와 보기에 따라 설문조사 필드를 고품질, 중간 품질, 저품질로 분류하고, 각각에 대해 별도로 탐지 임계값을 계산한다.
• 점차 증가하는 거리(최대 5 Mpc)에서 소형은하의 해상도와 탐지 가능성 평가를 위해 이미지의 시각적 점검을 수행한다.
• 기존의 유령은하단 dSphs(MV < -8.0, μ_V,h < 26.8 mag/arcsec²)와 설문조사 결과를 교차 매칭하여 민감도 평가 및 탐지 능력 검증을 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SECCO 설문조사에서 다양한 거리와 이미지 품질 조건에서 합성 소형은하의 최소 탐지 가능한 표면광도(μ_V,h)는 얼마인가?
• RQ2 MV = -10.0인 실제 비해상소형은하가 SECCO 이미지의 시각적 점검을 통해 어느 정도의 거리까지 탐지될 수 있는가?
• RQ3 이미지 품질이 깊은 이미징 설문조사에서 어두운 별 집합의 탐지 임계값에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 SECCO 설문조사는 알려진 낮은 표면광도 dSphs를 유령은하단에서 탐지할 수 있으며, 이는 초연약하고 가스가 풍부한 소형은하에 대한 민감도에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ5 UCHVCs에서 별 성분이 탐지되지 않는다는 것은 잠재적인 소형은하의 별질량 대 HI 질량 비율에 대해 어떤 제약을 둔다?

주요 결과

• 최고 품질의 SECCO 필드(~설문조사의 36%)에서는 거리 ≤1.5 Mpc에서 μ_V,h ≈ 30.0 mag/arcsec²까지 ≥5σ 과잉집합으로 탐지 가능하며, 거리 ≤2.5 Mpc에서는 μ_V,h ≈ 29.5 mag/arcsec²까지 탐지 가능하다.
• 가장 열악한 품질의 필드에서는 거리 ≤1.0 Mpc에서 μ_V,h ≤ 28.8 mag/arcsec², 거리 ≤2.5 Mpc에서는 μ_V,h ≤ 27.5 mag/arcsec²까지 탐지가 가능하다.
• MV = -10.0인 소형은하와 일반적인 크기를 가진 천체는 이미지 품질에 관계없이 최대 5 Mpc까지 시각적 점검을 통해 탐지 가능하다.
• 최고 품질의 이미지에서는 소형은하가 3.0 Mpc까지 부분적으로 별로 분리되어 보이고, 5.0 Mpc에서는 완전히 해상도 없이 보인다.
• 설문조사에서는 MV < -8.0 및 μ_V,h < 26.8 mag/arcsec²인 유령은하단의 알려진 낮은 표면광도 dSphs를 성공적으로 탐지하여, 낮은 표면광도 시스템에 대한 민감도를 확인하였다.
• UCHVCs에서 별 성분이 탐지되지 않음으로써, 관련된 별 시스템의 M_HI/M_* ≥ 10이어야 하며, 이는 극도로 금속 농도가 낮은 은하(XMPs)의 특징적인 특성으로, 아직 탐지되지 않은 가스가 풍부하고 별이 적은 소형은하가 존재할 가능성을 시사한다.