[논문 리뷰] UV Luminosity Functions from 132 z~7 and z~8 Lyman-Break Galaxies in the ultra-deep HUDF09 and wide-area ERS WFC3/IR Observations

R. J. Bouwens, G. D. Illingworth외 9명|arXiv (Cornell University)|2010. 06. 22.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 HUDF09 및 ERS 영역에서 수행된 초고해상도 허블 WFC3/IR 및 ACS 관측 자료에서 유도된 132개의 라이만 브레이크은하(LBGs)를 바탕으로, z~7 및 z~8에서의 가장 깊은 UV 등급함수(LFs)를 제시한다. 연구 결과는 기울기가 급격한 밝기 낮은 끝 부분의 기울기(α ≈ -2.0 및 -1.9)를 확인하여, 이 적색편이 시기의 은하에서 어두운 은하가 빛 밀도와 별 형성률 밀도를 지배하고 있음을 시사하며, 이는 재이온화 시기 은하 진화 모델과 일치한다.

ABSTRACT

We identify 73 z~7 and 59 z~8 candidate galaxies in the reionization epoch, and use this large 26-29.4 AB mag sample of galaxies to derive very deep luminosity functions to

연구 동기 및 목표

• 우리가 경험한 바와 같이, z~7 및 z~8에서의 UV 등급함수(LF)를 비례 깊이와 다이나믹 레인지로 측정한다.
• 재이온화 시기 동안 어두운 은하가 총 은하 빛 밀도와 별 형성률 밀도(SFRD)에 기여하는 정도를 평가한다.
• 스피처 IRAC 광도 측정으로부터 유도된 별 질량 밀도 추정치의 신뢰성과 고적색편이에서의 초기 질량 함수(IMF)의 일관성 여부를 평가한다.
• 깊고 오염이 적은 LBG 샘플을 사용하여 은하 진화 모델과 재이온화 시나리오를 제약 조건에 둔다.

제안 방법

• HUDF09(5σ 깊이 ~29.4 AB magnitude) 및 넓은 영역 ERS(5σ 깊이 ~27.5 AB magnitude) 설문조사에서의 초고해상도 WFC3/IR 및 ACS 자료를 조합하기 위해 고도로 발전된 라이만 브레이크 기법을 적용하였다.
• 저적색편이 천체, AGN 및 위조 탐지로부터의 오염을 최소화하기 위해 엄격한 광학 비검출 조건을 적용하여 HUDF에서 오염 비율(~7%)을 낮췄다.
• 각 영역에 대해 선택 체적을 철저히 모델링하여 z~7 및 z~8에서 M_UV < -18 AB magnitude까지 신뢰할 수 있는 등급함수를 유도하였다.
• 광학적 적색편이 및 SED 피팅을 사용하여 z~7 및 z~8 LBG 후보를 식별하고 검증하였으며, 광학적 산란 및 일시적 천체에 대한 추가 점검을 실시하였다.
• 조사 깊이 및 선택 효과를 고려하여 최대우도 추정법을 사용해 UV LF의 어두운 끝 부분 기울기 α를 측정하였다.
• UV LFs에서 유도된 별 형성률 밀도를 스피처 IRAC 광도 측정으로부터의 독립적인 별 질량 밀도 추정치와 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 z~7 및 z~8에서의 UV 등급함수의 형태, 특히 어두운 끝 부분 기울기 α는 어떻게 되며, 낮은 적색편이와 비교해 볼 때 어떻게 다를까?
• RQ2 어두운 은하가 z~7 및 z~8에서 총 빛 밀도와 별 형성률 밀도에 얼마나 지배적인 기여를 하는가?
• RQ3 스피처 IRAC 광도 측정으로부터 유도된 별 질량 밀도는 UV LFs와 SFRD 추정치에 의해 암시되는 것과 일치하는가?
• RQ4 SFRD 및 질량 밀도 비교를 바탕으로, z~7 및 z~8에서의 초기 질량 함수(IMF)는 낮은 적색편이에서의 것과 일관성이 있는가?
• RQ5 계산된 체계적 오차, 광학적 산란, AGN, 일시적 천체 등을 철저히 분석한 후, 고적색편이 LBG 샘플의 신뢰성은 어느 정도인가?

주요 결과

• z~7에서의 UV 등급함수의 어두운 끝 부분 기울기는 α = -2.01 ± 0.21이며, z~8에서는 α = -1.91 ± 0.32로 나타나 어두운 은하의 급격한 분포를 시사한다.
• 이러한 급격한 기울기(α < -1.7)는 어두운 은하가 z~7 및 z~8에서 총 빛 밀도와 별 형성률 밀도를 지배하고 있음을 의미한다.
• 유도된 별 형성률 밀도는 낮은 적색편이에서 관측된 추세와 일치하며, 스피처 IRAC 광도 측정으로부터 유도된 별 질량 밀도에 비해 약 40% 높은 것으로 나타났다.
• 광학적 산란, AGN, 일시적 천체 등을 포함한 체계적 오차를 전체적으로 평가한 후, HUDF 샘플의 낮은 오염 비율(~7%)은 LBG 샘플의 신뢰성을 확인한다.
• UV LFs에서 유도된 SFRD와 별 질량 밀도 간의 일관성은 스피처 기반 질량 추정치의 정확성을 지지하며, 고적색편이에서 IMF가 일정하다는 것을 시사한다.
• 결과는 첫 10억 년의 우주 역사 동안 어두운 은하가 간성간 매질을 재이온화하는 데 주요 역할을 했음을 시사하는 모델과 일치한다.