[논문 리뷰] VLT Spectroscopy of Galaxies Lensed by Abell AC114: Implication for the Mass Model and the Study of Low-Luminosity Galaxies at High-Redshift

L. E. Campusano, R. Pelló외 6명|ArXiv.org|2001. 04. 30.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 24

한 줄 요약

이 연구는 맛깔진 집합체 AC114에서 고적색저도 렌즈 효과를 받은 은하를 VLT FORS1 분광학으로 확인하여 중력 렌즈 모델을 검증하고 개선한다. z=3.347에서 새로운 5영상 시스템을 규명하고, 렌즈 효과에 의한 증폭 덕분에 빈 필드 조사보다 0.5–1.5 등급 어두운 은하들을 탐지할 수 있음을 보여주며, 고적색저도 빛의 함수의 어두운 끝을 탐색하는 강력한 방법을 제공한다.

ABSTRACT

We present the first results of a spectroscopic survey of faint lensed galaxie s in the core of the galaxy cluster AC114 (z=0.312) obtained from observations w ith the FORS1 spectrograph mounted on the VLT-Antu. The galaxies were chose n in areas close to the high-z critical lines predicted by the gravitational lens model of Natarajan et al (NKSE, 1998) for this cluster, according to both lensing and photometric redshift criteria. All the target galaxies are found to correspond to background galaxies with redshifts values in the [0.7, 3.5] interval. Our spectroscopic observations confirm the predicted lensing redshifts for 3 of the multiple-image galaxies, and together with predictions of the NKSE model led to the discovery of a new 5-image configuration at redshift z=3.347. A revised NKSE model, compatible with the redshift of this new multiple-image system, was generated and employed to calculate the gravitational amplifications of all the observed galaxies. The galaxies corresponding to the multiple-image systems are found to be intrinsically fainter, between 0.5 and 1.5 magnitudes, than the limiting magnitudes of existing blank field studies. When all the observed background galaxies are considered, the resulting intrinsic absolute magnitudes range from M_B~-22 to -19. Therefore, a large gain in sensitivity towards low luminosity high-z objects can actually be obtained, in agreement with theoretical expectations. This method can be used advantageously to probe the high redshift Universe and, in particular, its application to an ensemble of massive cluster cores could constraint the faint end of luminosity function of high redshift galaxies.

연구 동기 및 목표

• 중력 렌즈 효과로 증폭된 고적색저도 배경 은하를 식별하고 분광학적으로 확인하는 것 (AC114 집합체, z=0.312).
• 다중영상 시스템의 분광학적 적색편이를 이용해 AC114의 중력 렌즈 모델을 검증하고 개선하는 것.
• 빈 필드 조사와 비교했을 때 렌즈 조사가 내재적으로 어두운 고적색저도 은하를 탐지하는 데 얼마나 높은 민감도를 가지는지 평가하는 것.
• 매우 증폭된 낮은 빛의 소스들을 사용해 고적색저도 은하 빛의 함수의 어두운 기울기 기울기를 제약하는 것.

제안 방법

• NKSE 렌즈 모델의 예측된 임계 곡선과 광학적 적색편이 기준을 기반으로 한 대상 선별을 통해 고증폭 영역을 우선순위로 정함.
• VLT-Antu의 FORS1 기구를 사용해 클러스터 중심부 후보 은하의 적색편이를 확보하기 위한 분광학적 후속 관측.
• 최근에 발견된 z=3.347에서의 5영상 시스템의 적색편이를 반영해 수정된 NKS 렌즈 모델을 사용해 중력 증폭 계수를 계산함.
• 빈 필드 조사에서의 관측된 내재적 등급과의 비교를 통해 렌즈 효과로 인한 민감도 향상 정도를 정량화함.
• 후속 분광학 관측을 위한 기구 선택 최적화를 위해 광학적 적색편이 기법을 적용함.
• B-대역에서의 절대 등급(M_B)에 초점을 맞춰 렌즈 은하의 빛의 함수 분석을 통해 표본이 어두운 끝을 얼마나 잘 대표하는지 평가함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 AC114의 다중영상 시스템 A의 분광학적 적색편이가 NKSE 렌즈 모델의 예측과 일치하는가?
• RQ2 z=3.347에서 새로운 5영상 다중시스템을 식별하고 이를 통해 클러스터 질량 모델을 개선할 수 있는가?
• RQ3 AC114에서의 중력 렌즈 효과로 인해 빈 필드 조사의 한계 등급보다 어두운 은하를 탐지할 수 있는 정도는 어느 정도인가?
• RQ4 분광학 표본에 포함된 렌즈 은하의 내재적 등급은 유사 적색편이에서 기존의 빈 필드 조사와 비교해 어떻게 다른가?
• RQ5 렌즈 증폭 효과가 고적색저도 은하의 관측된 빛의 함수에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 다중영상 시스템 A의 분광학적 적색편이는 z=1.69로 확인되었으며, NKSE 렌즈 모델의 예측과 뛰어난 일치를 보였다.
• z=3.347에서 새로운 5영상 다중시스템 E가 발견되었으며, 이는 클러스터 질량 모델 개선을 위한 중요한 제약 조건을 제공한다.
• z=3.347 시스템을 반영한 수정된 NKS 렌즈 모델은 모든 관측된 다중영상 시스템에 대해 일관된 중력 증폭 추정치를 도출하였다.
• 분광학 표본은 절대 등급 M_B가 -22에서 -19 사이이며 중앙값이 -20.5로, 내재적으로 어두운 소스들을 탐지한 것으로 나타났다.
• 분광학 표본의 은하는 Steidel 등(1999)의 빈 필드 조사에서 2 ≤ z ≤ 3.5 범위에서의 한계 등급보다 0.5~1.5 등급 어두운 것으로 밝혀졌다.
• 렌즈 효과로 인한 민감도 향상은 수집 면적을 약 2~3배로 효과적으로 증가시키며 (특정 소스 평면 영역에선 최대 약 10배), 어두운 끝 빛의 함수에 대한 신뢰성 있는 연구를 가능하게 한다.