[논문 리뷰] Ultra-luminous high-redshift quasars from SkyMapper -- II. New quasars and the bright end of the luminosity function

Christopher A. Onken, Christian Wolf외 6명|arXiv (Cornell University)|2021. 05. 25.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 67인용 수 23

한 줄 요약

이 연구는 스카이메이퍼 남반천 조사에서 다섯 번째 적색편이 3.8 < z < 5.5인 142개의 고적색편이 quasar 샘플을 제시한다. 다중파장 광도 측정과 가이아 천체측량을 통해 z = 4.7에서 M145 < -27.33 AB magnitude, z = 5.4에서 M145 < -27.73 AB magnitude에서 80% 이상의 완전도를 확보하였다. 이 연구는 휴지 300 nm에서의 빛의 밝기 함수에 대한 첫 번째 직접 측정을 보고하며, 145 nm 빛의 밝기 함수의 기울기를 β = -3.38 ± 0.32 및 β = -3.60 ± 0.37로 정밀화하였으며, 이는 이전의 추정치와 일치한다.

ABSTRACT

We search for ultra-luminous Quasi-Stellar Objects (QSOs) at high redshift using photometry from the SkyMapper Southern Survey Data Release 3 (DR3), in combination with 2MASS, VHS DR6, VIKING DR5, AllWISE, and CatWISE2020, as well as parallaxes and proper motions from Gaia DR2 and eDR3. We report 142 newly discovered Southern QSOs at $3.8<z<5.5$, of which 126 have $M_{145} <-27$ ABmag and are found in a search area of 14,486 deg$^2$. This Southern sample, utilising the Gaia astrometry to offset wider photometric colour criteria, achieves unprecedented completeness for an ultra-luminous QSO search at high redshift. In combination with already known QSOs, we construct a sample that is $>80$ per cent complete for $M_{145}<-27.33$ ABmag at $z=4.7$ and for $M_{145}<-27.73$ ABmag at $z=5.4$. We derive the bright end of the QSO luminosity function at restframe 145 nm for $z=4.7-5.4$ and measure its slope to be $\beta = -3.60\pm0.37$ and $\beta = -3.38\pm0.32$ for two different estimates of the faint-end QSO density adopted from the literature. We also present the first $z\sim 5$ QSO luminosity function at restframe 300 nm.

연구 동기 및 목표

• 이전의 북반구 편향으로 인해 제한되었던 남반천에서 초광량 고적색편이 quasar를 발견하기 위해.
• 스카이메이퍼 DR3와 다중 대역 광도 측정, 가이아 천체측량을 융합하여 quasar 빛의 밝기 함수의 밝은 끝에서의 완전도를 향상시키기 위해.
• 휴지 145 nm에서 quasar 빛의 밝기 함수의 밝은 끝 기울기를 측정하고, 고적색편이 quasar에 대해 휴지 300 nm에서 처음으로 측정하기 위해.
• 가이아의 복사각과 운동량을 이용해 냉각된 항 星의 오염을 줄여 더 깊고 더 완전한 quasar 탐색을 가능하게 하기 위해.

제안 방법

• 스카이메이퍼 DR3, 2MASS, VHS DR6, VIKING DR5, AllWISE, 그리고 가이아 DR2/eDR3를 활용해 광도 측정과 천체측량을 위한 후보 목록을 구축하였다.
• 냉각된 항 星를 거부하기 위해 가이아의 운동량과 복사각을 최적화한 색상-색상 선택 기준을 적용하였다.
• 후보자들에 대해 zPSF ≈ 19 AB magnitude까지 스펙트럼적 후속 관측을 수행하여 quasar의 적색편이와 밝기를 확인하였다.
• 광도 적색편이와 K보정을 사용하여 휴지 145 nm 및 300 nm에서의 절대 등급을 계산하였다.
• 스케처 함수를 사용하여 quasar 빛의 밝기 함수를 피팅하였으며, 문헌에서 두 가지의 어두운 끝 밀도 추정치를 사용하였다.
• 선택 효과를 모델링하고 알려진 quasar와 관측 샘플을 비교함으로써 완전도를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다중파장 광도 측정과 가이아 천체측량을 사용한 남반천에서 초광량 quasar 탐색의 완전도 한계는 무엇인가요?
• RQ2 4.7 < z < 5.4 범위에서 휴지 145 nm에서 quasar 빛의 밝기 함수의 밝은 끝 기울기는 얼마인가요?
• RQ3 고적색편이 quasar에 대해 휴지 300 nm에서 quasar 빛의 밝기 함수에 대한 첫 번째 직접 측정은 무엇인가요?
• RQ4 남반천 데이터의 포함이 북반구 전용 샘플에 비해 고적색편이 quasar 빛의 밝기 함수의 통계적 탄탄함을 어떻게 향상시키나요?

주요 결과

• 이 연구는 14,486 deg²의 영역에서 142개의 새로운 고적색편이 quasar를 발견하였으며, 그 중 126개는 M145 < -27 AB magnitude를 만족하여 초광량 quasar 샘플을 크게 확장하였다.
• 이 샘플은 z = 4.7에서 M145 < -27.33 AB magnitude, z = 5.4에서 M145 < -27.73 AB magnitude에서 80% 이상의 완전도를 확보하였으며, 이는 조사의 완전도 향상에 있어 중대한 성과이다.
• 휴지 145 nm에서 quasar 빛의 밝기 함수의 밝은 끝 기울기는 M145 < -27.33 AB magnitude 조건에서 β = -3.38 ± 0.32 및 β = -3.60 ± 0.37로 측정되었으며, 이는 어두운 끝 밀도 가정에 따라 달라졌다.
• 이 작업은 고적색편이 quasar에 대해 휴지 300 nm에서 quasar 빛의 밝기 함수에 대한 첫 번째 직접 측정을 제공하였으며, 145 nm LF의 경우 β = -3.43 ± 0.32, 300 nm LF의 경우 z = 4.4–4.7 범위에서 β = -3.18 ± 0.22로 측정되었다.
• 결과는 밝은 끝 LF 기울기가 이전 추정치와 일치함을 확인하였으며, 더 큰, 더 완전한 샘플 덕분에 통계적 정밀도가 향상되었다.
• 가이아 천체측량의 사용은 항성 오염을 크게 줄였으며, 남반천에서 더 깊고 더 신뢰할 수 있는 quasar 선택을 가능하게 하였다.