[논문 리뷰] The VIMOS Public Extragalactic Redshift Survey (VIPERS). An unprecedented view of galaxies and large-scale structure at 0.5<z<1.2

L. Guzzo, M. Scodeggio외 48명|arXiv (Cornell University)|2013. 03. 11.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 79인용 수 171

한 줄 요약

이 논문은 CFHTLS-Wide 영역의 24 deg²에 걸쳐 0.5 < z < 1.2 범위에서 약 53,600개의 은하를 대상으로 한 대규모 분광 조사인 VIMOS 공용 외부은하적 적색편이 조사(VIPERS)를 제시한다. 깊은 다중 대역 광도 측정과 고정밀 적색편이를 통해 VIPERS는 우주의 정점 시기인 간섭이 거의 없는 3차원 대규모 구조 지도를 제공하며, 빛의 세기, 색, 환경에 따른 은하의 군집화를 높은 통계적 능력과 낮은 오염(3.2%의 항성 오염)으로 드러내어 우주론 모델과 은하 진화 이론의 정밀한 검증을 가능하게 한다.

ABSTRACT

We describe the construction and general features of VIPERS, the VIMOS Public Extragalactic Redshift Survey. This `Large Programme' has been using the ESO VLT with the aim of building a spectroscopic sample of ~100,000 galaxies with i_{AB}<22.5 and 0.5<z<1.5. The survey covers a total area of ~24 deg^2 within the CFHTLS-Wide W1 and W4 fields. VIPERS is designed to address a broad range of problems in large-scale structure and galaxy evolution, thanks to a unique combination of volume (~ 5 x 10^7 h^{-3} Mpc^3) and sampling rate (~ 40%), comparable to state-of-the-art surveys of the local Universe, together with extensive multi-band optical and near-infrared photometry. Here we present the survey design, the selection of the source catalogue and the development of the spectroscopic observations. We discuss in detail the overall selection function that results from the combination of the different constituents of the project. This includes the masks arising from the parent photometric sample and the spectroscopic instrumental footprint, together with the weights needed to account for the sampling and the success rates of the observations. Using the catalogue of 53,608 galaxy redshifts composing the forthcoming VIPERS Public Data Release 1 (PDR-1), we provide a first assessment of the quality of the spectroscopic data. Benefiting from the combination of size and detailed sampling of this dataset, we conclude by presenting a map showing in unprecedented detail the large-scale distribution of galaxies between 5 and 8 billion years ago. [abridged]

연구 동기 및 목표

• 우주의 정점 시기(z ≈ 0.7–1.0)인 은하 및 구조 진화의 중요한 시기에서 대규모 구조를 지ap하는 것.
• iAB < 22.5 이며 0.5 < z < 1.5 범위의 약 100,000개의 은하에 대해 통계적으로 완전하고 고정밀한 분광 샘플을 제공하는 것.
• 적색편이 공간 왜곡과 군집 통계를 통해 대규모 구조의 성장률과 암흑 에너지 진화를 정밀하게 측정하기 위한 우주론적 파rameter 측정을 가능하게 하는 것.
• 은하의 성질—빛의 세기, 항성 질량, 색, 항성 형성률—이 우주의 시간에 따라 변화하고 다양한 환경에서 어떻게 변화하는지 연구하는 것.
• 미래의 다중 메시저 및 우주론 연구를 위한 분광학, 광도 측정, SED 피팅을 통합한 공개 다중 파장 데이터베이스를 구축하는 것.

제안 방법

• 조사를 위해 ESO VLT의 VIMOS 장비를 사용하여 CFHTLS-Wide의 깊은 광학 및 적외선 광도 조사에서 선별된 은하의 적색편이를 측정한다.
• 두 단계로 나누어진 대상 선별 전략을 통해 iAB magnitude와 광학적 적색편이를 기반으로 은하를 선별하며, 0.5 < z < 1.5 범위 내에서 신호 대 잡음 비율이 높은 대상에 우선순위를 부여한다.
• 광학적 마스크, 분광학적 영역, 변동하는 관측 성공률을 고려한 복잡한 선별 함수를 적용하며, 역확률 가중치를 통해 보정한다.
• 적색편이 측정의 중앙값 루트 평균 제곱 오차는 σz/(1+z) = 4.7×10⁻⁴이며, 1,215회의 반복 관측을 통해 검증되었다.
• 스펙트럼 에너지 분포(SED) 피팅과 주성분 분석을 사용하여 은하와 항성의 분류를 수행하여 항성 오염률이 오직 3.2%에 불과함을 확인하였다.
• 최종 공개 데이터 배포 1(PDR-1)를 사용하여 3차원 대규모 구조 지도를 구성하였으며, 적색편이, 빛의 세기, 휴지색 색상 정보를 통합하여 은하 군집화와 환경 의존성을 추적하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 약 50,000개의 은하 분광 조사로 z ≈ 0.7–1.0에서 대규모 구조를 얼마나 정밀하게 지도화할 수 있는가?
• RQ2 VIPERS 분광 샘플의 실제 항성 오염 수준은 얼마이며, 이는 우주론적 군집 측정에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 빛의 세기, 색, 항성 형성률과 같은 은하 성질이 고적색편이에서 기초 대규모 구조를 얼마나 잘 반영하는가?
• RQ4 VIPERS에서 관측된 적색편이 공간 왜곡은 대규모 구조 성장률을 얼마나 잘 제약하며, 일반 상대성 이론의 편차를 검증하는 데 얼마나 유용한가?
• RQ5 특히 고질량 영역에서 0.5 < z < 1.2 범위에서 은하 빛의 세기 및 항성 질량 함수는 어떻게 진화하는가?

주요 결과

• VIPERS PDR-1 카탈로그에는 확정된 53,608개의 은하 적색편이가 포함되어 있으며, 항성 오염률은 오직 3.2%에 불과하여 항성-은하 분리 알고리즘의 강건성을 확인한다.
• 중심 적색편이 오차는 σz/(1+z) = 4.7×10⁻⁴로, 적색편이 공간 왜곡 측정에 적합한 높은 분광 정밀도를 나타낸다.
• 약 5×10⁷ h⁻³ Mpc³의 부피에서 약 40%의 샘플링 비율을 달성하여 군집 분석에 통계적으로 강력하고 잘 특성화된 샘플을 제공한다.
• W1 및 W4 영역의 3차원 대규모 구조 지도는 <1 Mpc에서 >100 Mpc의 스케일에 걸쳐 세밀한 필라멘터리 및 공극 유사 구조를 높은 동적 범위로 드러낸다.
• 빨간색, 초기형 은하는 대규모 구조의 가장 조밀한 영역을 따라잡고 있는 반면, 파란색, 항성 형성 중인 은하는 낮은 밀도의 외곽 영역을 차지함을 확인하여 z ≈ 1에서 색상-밀도 관계를 확인한다.
• 분광학, 다중 대역 광도 측정, SED 피팅의 조합을 통해 향후 은하 진화 및 우주론 연구를 위한 종합적이고 공개된 데이터베이스를 구축할 수 있었다.