[論文レビュー] ISO deep far-infrared survey in the "Lockman Hole" II. Power spectrum analysis: evidence of a strong evolution in number counts

Hideo Matsuhara, Kimiaki Kawara+9 more|arXiv (Cornell University)|Jun 30, 2000

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、ISO/ISOPHOTが90および170 μmで取得したデータを用いて、吸収が少ないロックマンホール領域における遠赤外線輝度揺らぎを分析した。パワー スペクトルは低空間周波数で平坦であり、星間チリの放射と整合しない。結果から、z < 1の明るさが弱い星形成銀河が揺らぎを支配しており、35 mJy（90 μm）および60 mJy（170 μm）の限界まで、銀河の数密度に強い進化が見られると示唆される。これらの源は宇宙赤外線背景（CIB）に顕著な寄与をしている。

ABSTRACT

We investigate the characteristics of FIR brightness fluctuations at 90 micron and 170 micron in the Lockman Hole, which were surveyed with ISOPHOT aboard the Infrared Space Observatory(ISO). We first calculated the angular correlation function of each field and then its Fourier transform(the angular Power Spectral Density: PSD) over the spatial frequency range of f=0.05 - 1 arcmin^-1. The PSDs are found to be rather flat at low spatial frequencies (f &lt;= 0.1 arcmin^-1), slowly decreasing toward higher frequencies. These spectra are unlike the power-law ones seen in the IR cirrus fluctuations, and are well explained by randomly distributed point sources. Furthermore, point-to-point comparison between 90 micron and 170 micron brightness shows a linear correlation between them, and the slope of the linear fit is much shallower than that expected from the IR cirrus color, and is consistent with the color of galaxies at low or moderate redshift(z &lt; 1). We conclude that the brightness fluctuations in the Lockman Hole are not caused by the IR cirrus, but are most likely due to faint star-forming galaxies. We also give the constraints on the galaxy number counts down to 35 mJy at 90 micron and 60 mJy at 170 micron, which indicate the existence of a strong evolution down to these fluxes in the counts. The galaxies responsible for the fluctuations also significantly contribute to the cosmic infrared background radiation.

研究の動機と目的

• 遠赤外線輝度揺らぎの起源を特定すること。ロックマンホールは深宇宙サーベイに適した低吸収領域である。
• 星間チリの放射による揺らぎと、分解できない銀河外源による揺らぎを区別すること。
• パワー スペクトル解析を用いて、90 μmで35 mJy、170 μmで60 mJyまでの微弱な赤外線銀河の数密度を制約すること。
• これらの微弱銀河が宇宙赤外線背景（CIB）に与える寄与を評価すること。
• 多波長色分析を用いて、揺らぎ源の赤方偏移およびスペクトルエネルギー分布（SED）特性を調査すること。

提案手法

• 空間周波数 f = 0.05–1 arcmin⁻¹ の範囲で、ISOPHOT 90 μmおよび170 μm画像のパワー スペクトル密度（PSD）解析。
• 角度相関関数の計算後にフーリエ変換を施し、PSDを算出。
• 観測されたPSDを、インフラレッドチリ（指数が約3のべき乗則）およびランダムに配置された点源の理論モデルと比較。
• 90 μmおよび170 μmバンド間の輝度揺らぎの相互相関を用いて、源のSEDおよび赤方偏移を推定。
• 明るい源の周囲をマスキングすることで、微弱で分解できない銀河に起因する揺らぎパワーを分離。
• 揺らぎの振幅から数密度制約を外挿するが、揺らぎが唯一離散的源に起因すると仮定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ロックマンホールにおける遠赤外線輝度揺らぎは、主に星間チリ由来か、分解できない銀河外源由来か？
• RQ2 パワー スペクトルの空間周波数依存性は何か？これは、チリ放射に予想されるものとどのように異なるか？
• RQ3 90 μmで35 mJy、170 μmで60 mJyまでの銀河の数密度にどのような制約が得られ、源の進化に何を示唆するか？
• RQ4 90 μm/170 μm色から推定される揺らぎ源の赤方偏移分布は何か？
• RQ5 宇宙赤外線背景（CIB）のどの程度が、これらの微弱で分解できない銀河の統合光に起因するか？

主な発見

• FIR揺らぎのパワー スペクトル密度（PSD）は、低空間周波数（f ≤ 0.1 arcmin⁻¹）で平坦であり、高周波数ではゆっくり減少する。これは、IRチリに予想される急峻なべき乗則スペクトルとは整合しない。
• 観測されたPSDの形状は、ランダムに配置された点源によって最もよく説明され、揺らぎが星間チリの拡散放射ではなく、分解できない銀河に起因していることを示唆する。
• 90 μmと170 μmの輝度揺らぎの間に強い線形相関が存在し、その勾配はチリに予想されるものよりもはるかに浅い。これは、低〜中赤方偏移（z < 1）の星形成銀河に一致する。
• 銀河の数密度は90 μmで35 mJy、170 μmで60 mJyまで制約され、その数密度の急激な増加から、これらの輝度レベルにおける赤外線銀河の数密度に強い進化が見られると示唆される。
• これらの微弱銀河はCIBの5–40％を占め、35 mJy（90 μm）および60 mJy（170 μm）以上の源の統合CIB輝度は、90 μmで0.09–0.30 MJy/sr、170 μmで0.053–0.15 MJy/srである。
• 結果から、CIBの大部分は明るく分解できる源ではなく、混乱限界以下の進化する微弱な星形成銀河の集積光に起因していることが示唆される。