[论文解读] CF-HiZELS, a 10 deg$^2$ emission-line survey with spectroscopic follow-up: H\alpha, [OIII]+H\beta\ and [OII] luminosity functions at z=0.8, 1.4 and 2.2

David Sobral, Jorryt Matthee+9 more|arXiv (Cornell University)|Feb 23, 2015

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 4被引用 6

一句话总结

本研究展示了迄今为止最大范围的连续近红外窄带巡天——CF-HiZELS，覆盖SA22场约10 deg²的天空区域，利用WIRCam/CFHT配合lowOH2滤光片识别发射线星系。通过深度测光和广泛的光谱后续观测（KMOS、FMOS、MOSFIRE），该研究在z = 0.8、1.4和2.2红移处获得了稳健的Hα、[OIII]+Hβ和[OII]光度函数，揭示出当体积小于5×10⁵ Mpc³时，宇宙方差占主导地位，除非巡天范围超过此阈值，否则误差将超过10%。

ABSTRACT

We present results from the largest contiguous narrow-band survey in the near-infrared. We have used the wide-field infrared camera/Canada–France–Hawaii Telescope and the lowOH2 filter (1.187 ± 0.005 μm) to survey ≈10 deg2 of contiguous extragalactic sky in the SA22 field. A total of ∼6000 candidate emission-line galaxies are found. We use deep <it>ugrizJK</it> data to obtain robust photometric redshifts. We combine our data with the High-redshift(Z) Emission Line Survey (HiZELS), explore spectroscopic surveys (VVDS, VIPERS) and obtain our own spectroscopic follow-up with KMOS, FMOS and MOSFIRE to derive large samples of high-redshift emission-line selected galaxies: 3471 Hα emitters at <it>z</it> = 0.8, 1343 [O <scp>iii</scp>] + Hβ emitters at <it>z</it> = 1.4 and 572 [O <scp>ii</scp>] emitters at <it>z</it> = 2.2. We probe comoving volumes of >106 Mpc3 and find significant overdensities, including an 8.5σ (spectroscopically confirmed) overdensity of Hα emitters at <it>z</it> = 0.81. We derive Hα, [O <scp>iii</scp>] + Hβ and [O <scp>ii</scp>] luminosity functions at <it>z</it> = 0.8, 1.4, 2.2, respectively, and present implications for future surveys such as <it>Euclid</it>. Our uniquely large volumes/areas allow us to subdivide the samples in thousands of randomized combinations of areas and provide a robust empirical measurement of sample/cosmic variance. We show that surveys for star-forming/emission-line galaxies at a depth similar to ours can only overcome cosmic-variance (errors <10 per cent) if they are based on volumes >5 × 105 Mpc3; errors on <it>L</it>* and φ* due to sample (cosmic) variance on surveys probing ∼104 and ∼105 Mpc3 are typically very high: ∼300 and ∼40–60 per cent, respectively.

研究动机与目标

• 利用大规模连续巡天，测量z = 0.8、1.4和2.2红移下Hα、[OIII]+Hβ和[OII]发射线星系的光度函数。
• 评估宇宙方差对高红移星系巡天中光度函数测量的影响。
• 提供实证约束，确定为将L*和φ*测量的误差控制在10%以内，所需满足的最小体积（由样本方差和宇宙方差决定）。
• 识别并表征发射线星系的大尺度超密度，特别是z ≈ 0.81处的Hα发射体。
• 通过量化近红外波段下预期的发射线星体密度与选星效率，为未来大范围巡天（如Euclid）的设计与解读提供依据。

提出的方法

• 在SA22场使用WIRCam/CFHT的lowOH2滤光片（中心波长1.187 ± 0.005 µm）实施了10 deg²的窄带巡天，以探测Hα、[OIII]+Hβ和[OII]发射线星系。
• 结合深度的ugrizJK测光数据，为约6,000个候选发射线星系推导出稳健的光谱红移。
• 通过KMOS、FMOS和MOSFIRE进行广泛的光谱后续观测，以确认红移并分类发射线，最终获得z = 0.8处的3,471个Hα发射体、z = 1.4处的1,343个[OIII]+Hβ发射体以及z = 2.2处的572个[OII]发射体。
• 利用大巡天体积（>10⁶ Mpc³）将样本划分为数千个随机区域组合，以实证方式测量样本方差与宇宙方差。
• 采用C-STAT方法拟合光度函数，推导出L*与φ*及其误差估计，其中已考虑宇宙方差的影响。
• 将不同发射线星体的观测数密度进行比较，以评估选星效率，并预测未来如Euclid等巡天中可能探测到的发射线星体组成。

实验结果

研究问题

• RQ1 在具有光谱确认的大规模连续巡天中，z = 0.8、1.4和2.2红移下Hα、[OIII]+Hβ和[OII]的光度函数分别为何？
• RQ2 宇宙方差对高红移发射线星系巡天中L*和φ*测量的影响如何？
• RQ3 为将光度函数参数的宇宙方差误差降低至10%以下，所需满足的最小共动体积是多少？
• RQ4 是否存在显著的大尺度发射线星系超密度？若存在，其性质与红移分布如何？
• RQ5 在近红外波段下，Hα、[OIII]+Hβ和[OII]发射体的数密度如何比较？在λ ≈ 1.2 µm波段，Hα发射体占该波段发射体的多大比例？

主要发现

• 该巡天在z = 0.8处确认了3,471个Hα发射体，在z = 1.4处确认了1,343个[OIII]+Hβ发射体，在z = 2.2处确认了572个[OII]发射体，所有样本均获得光谱确认。
• 在z = 0.81处探测到8.5σ的Hα发射体超密度，其数密度约为平均值的10倍，与富集的丝状结构一致。
• 在λ ≈ 1.2 µm处，Hα发射体的原始观测数密度（通量 > 3×10⁻¹⁶ erg s⁻¹）为8.66×10⁻⁵ Mpc⁻³，而[OIII]+Hβ和[OII]发射体的数密度分别低5倍和30倍。
• 对于探测体积小于5×10⁵ Mpc³的巡天，宇宙方差导致L*和φ*的误差超过10%；体积约为10⁴ Mpc³和10⁵ Mpc³的巡天，其误差分别达到约300%和40–60%。
• 当体积小于10⁵ Mpc³时，L*完全无法确定；而在更大体积中，φ*受宇宙方差影响最严重。
• 预测Euclid宽场巡天将在λ ≈ 1.2 µm波段探测到约70–80%的Hα发射体、约12%的[OIII]+Hβ发射体和约3%的[OII]发射体，其余为更罕见的发射线。