[論文レビュー] Environmental dependence of 8um luminosity functions of galaxies at z~0.8: Comparison between RXJ1716.4+6708 and the AKARI NEP deep field

Tomotsugu Goto, Yusei Koyama+21 more|arXiv (Cornell University)|Dec 30, 2009

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 39被引用数 7

ひとこと要約

本研究は、赤方偏移z~0.8の銀河における8μm発光関数（LF）の環境依存性を、AKARIの15μmフィルタを用いて調査した。このフィルタは、静止系での8μm放射を直接プローブする。結果として、クラスタのLFは、フィールドのLFと比較してL*が2.4倍低く、明るさの小さい端の勾配がきついことが判明し、これは、単純な流入モデルを超えて、高密度環境において赤外発光が強い銀河が優先的に抑制されていることを示している。

ABSTRACT

We aim to reveal environmental dependence of infrared luminosity functions (IR LFs) of galaxies at z~0.8 using the AKARI satellite. We construct restframe 8um IR LFs in the cluster region RXJ1716.4+6708 at z=0.81, and compare them with a blank field using the AKARI North Ecliptic Pole deep field data at the same redshift. AKARI's wide field of view (10'x10') is suitable to investigate wide range of galaxy environments. AKARI's 15um filter is advantageous here since it directly probes restframe 8um at z~0.8, without relying on a large extrapolation based on a SED fit, which was the largest uncertainty in previous work. We have found that cluster IR LFs at restframe 8um have a factor of 2.4 smaller L^* and a steeper faint-end slope than that of the field. Confirming this trend, we also found that faint-end slopes of the cluster LFs becomes flatter and flatter with decreasing local galaxy density. These changes in LFs cannot be explained by a simple infall of field galaxy population into a cluster. Physics that can preferentially suppress IR luminous galaxies in high density regions is required to explain the observed results.

研究の動機と目的

• 赤方偏移z~0.8における銀河の赤外発光関数（IR LF）が環境密度にどのように依存するかを調査すること。
• ISO や IRAS といった過去のミッションの感度制限により、中赤外域における高赤方偏移クラスタ研究が不足しているという問題を解決すること。
• SEDの外挿を避けることで、静止系8μm発光の推定における不確実性を低減するため、AKARIの15μmフィルタを直接用いること。
• 一貫した手法と広視野データを用いてクラスタとフィールドのIR LFを比較し、環境効果を分離すること。
• 観測されたLFの差が、単純なフィールド銀河のクラスタへの流入によって説明可能かどうかを特定すること。

提案手法

• 赤方偏移z~0.8における静止系8μm放射を直接サンプリングできるAKARIの15μmフィルタ（L15）を用いて、静止系8μm LFを構築した。これにより、SEDモデリングへの依存度を最小限に抑えた。
• 赤方偏移z=0.81の巨大クラスタRXJ1716.4+6708とAKARI NEP深視野（フィールド領域）のLFを、同一の画像・赤方偏移選択基準を用いて比較した。
• LFの特徴を定量化するため、L*と明るさの小さい端の勾配を二重力学的法則でフィットさせ、クラスタとフィールド環境間の定量的比較を可能にした。
• L8μmから全赤外発光（LTIR）への変換にCaputiら（2007）の関係を用い、55%の不確実性を伴い、さらにKennicutt（1998）の関係を用いてSFRに変換した。
• LFの形状が局所的銀河密度にどのように依存するかを分析した。その結果、クラスタ領域では密度が低下するにつれて、明るさの小さい端の勾配が平坦化することが判明した。
• クラスタとフィールドの両データに同一の解析パイプラインを適用することで、方法論の整合性を確保し、公平な比較を実現した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 赤方偏移z~0.8における高密度クラスタ環境の銀河の8μm発光関数は、低密度フィールド領域のそれとどのように異なるか？
• RQ2 観測されたLFの差の多くが、フィールド銀河のクラスタへの単純な流入によって説明可能か？
• RQ3 クラスタ内における局所的銀河密度に応じて、8μm LFの明るさの小さい端の勾配は変化するか？もしあるならば、どのように変化するか？
• RQ4 高密度環境において赤外発光が強い銀河が優先的に抑制される物理的メカニズムは何か？
• RQ5 AKARIの15μmフィルタを用いて静止系8μmを直接測定することで、SEDベースの外挿と比較して、IR LF測定の正確性がどのように向上するか？

主な発見

• RXJ1716.4+6708クラスタにおける8μm LFの特徴的発光度L*は、フィールドと比較して2.4倍低い。これは、高密度環境に於いて発光度の高いIR銀河が少ないことを示している。
• クラスタのLFの明るさの小さい端の勾配は、局所的銀河密度が高くなるにつれて段階的にきつくなる。これは、より密度の高い領域で明るさの小さいIR銀河の抑制が強まっていることを示唆している。
• LFの形状が局所的密度に依存するという事実は、環境プロセスが、主に低発光度の星形成銀河に優先的に作用していることを示している。
• 観測されたLFの差は、単純なフィールド銀河のクラスタへの流入では説明できない。これは、活性的な抑制メカニズムの存在を示唆している。
• AKARIの15μmフィルタを用いて静止系8μm放射を直接測定することで、SEDベースの発光度推定における最大の不確実要因が低減された。
• AKARIデータから導かれた全赤外発光関数（LTIR）は、以前のスパッティンガーに基づく研究（例：MS1054）と良好に一致しており、L8μmからLTIRへの変換に高い不確実性が伴うものの、手法の妥当性が裏付けられた。