[논문 리뷰] NTT SUSI Deep Field

S. Arnouts, S. D’Odorico외 4명|arXiv (Cornell University)|1998. 10. 08.

Adaptive optics and wavefront sensing인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 ESO NTT의 SUSI 카메라를 사용하여 고적색 이동 퀘이사 BR 1202-0725 근처 5.62 arcmin² 영역에서 깊은 다색 광도 측정 조사 결과를 제시한다. B, V, r, I 대역에서 5σ 한계는 각각 26.9, 26.5, 25.9, 25.3이다. 3.8 ≤ z ≤ 4.4 범위의 고적색 이동 은하 후보자를 r < 26에서 표면 밀도 2.7 ± 0.4 arcmin⁻²로 식별하였으며, 이는 복사 기준 별 형성률 밀도 10⁻¹.⁹¹ ± ⁰.⁰⁹ h³ M⊙·yr⁻¹·Mpc⁻³을 제공한다. 이는 선별 편향으로 인해 하한선으로 간주된다.

ABSTRACT

We present a deep BVrI multicolor catalog of galaxies in a 5.62 sq.arcmin field 80 arcsec south of the high redshift (z=4.7) quasar BR 1202-0725, derived from observations with the direct CCD camera SUSI at the ESO NTT. The formal 5$σ$ magnitude limits (in 2 x FWHM apertures) are 26.9, 26.5, 25.9 and 25.3 in B, V, r and I respectively. Counts, colors for the star and galaxy samples are discussed and a comparison with a deep HST image in the I band is presented. The percentage of merged or blended galaxies in the SUSI data to this magnitude limit is estimated to be not higher than 1%. At the same galactic latitude of the HDF but pointing toward the galactic center, the star density in this field is found to be ~3 times higher, with ~20% of the objects with V-I &gt; 3.0. Reliable colors have been measured for galaxies selected down to r = 26. The choice of the optical filters has been optimized to define a robust multicolor selection of galaxies at 3.8 &lt;= z &lt;= 4.4. Within this interval the surface density of galaxy candidates with r &lt; 26 in this field is 2.7 +/- 0.4 arcmin^-2 corresponding to a comoving density of Star Formation Rate at 3.8 &lt;= z &lt;= 4.4 of 10^{-2.00} - 10^{-1.82} h^3 Mo /yr/ Mpc^3.

연구 동기 및 목표

• 고적색 이동 퀘이사 근처 고은하위도 영역에서 깊은 다색 광도 측정 조사를 수행하여 희미한 은하 집단을 연구한다.
• r ≈ 26까지의 은하 수 계수와 색을 측정하여 광학적 적색 이동 추정을 가능하게 한다.
• 다색 선택 기법을 활용하여 z ≈ 4의 고적색 이동 은하 후보자를 식별하고 특성화한다.
• 결과를 허블 깊은 필드 데이터와 비교하여 분선과 혼합이 소스 탐지에 미치는 영향을 평가한다.
• 관측된 은하 수 계수로부터 z ≈ 4.1에서의 복사 기준 별 형성률 밀도를 추정한다.

제안 방법

• 관측는 ESO 신기술 망원경(NTT)의 SUSI CCD 카메라를 사용하여 다섯 개의 대역(B, V, r, I)에서 수행되었으며, 보다 낮은 분선 해상도(서브-아크초)를 확보한 다수의 광학적 야간 관측을 통해 이루어졌다.
• 데이터 처리에는 보정 및 평탄성 보정, 천체도 조정, SExtractor를 이용한 소스 추출이 포함되었으며, 2×FWHM 개구부를 이용한 개구부 광도 측정이 수행되었다.
• 은하와 항성의 분류는 형태학적 및 색 조건을 기반으로 수행되었으며, I ≈ 24에서 항성 오염은 약 1.5%로 추정되었다.
• 광학적 적색 이동은 z ≈ 4 은하에 최적화된 다색 선택 기법을 활용하여 추정되었으며, 라이만 브레이크 기법과 IGM 흠집을 고려하였다.
• 은하 수 계수는 측정되었고, 희미한 극한 빛 밀도 함수 기울기를 유추하기 위해 Schechter 함수에 적합되었다.
• 결과는 Hubble Deep Field I-대역 데이터와 교차 매칭되어 일관성과 이미지 품질 영향을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 깊은 지상 기반 조사에서 3.8 ≤ z ≤ 4.4 범위의 고적색 이동 은하 후보자의 표면 밀도는 얼마인가?
• RQ2 은하 수 계수와 색은 magnitude에 따라 어떻게 변화하며, 이는 희미한 극한 빛 밀도 함수에 어떤 의미를 갖는가?
• RQ3 분선과 혼합은 깊은 지상 기반 조사에서 소스 탐지 및 광도 측정에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ4 관측된 수 계수와 색은 동일한 대역에서 허블 깊은 필드 결과와 어떻게 비교되는가?
• RQ5 관측된 은하 수 계수로부터 유도된 z ≈ 4.1에서의 복사 기준 별 형성률 밀도는 얼마인가?

주요 결과

• 모든 대역(B, V, r, I)에서 은하 수 계수는 희미한 magnitude에서 평탄해지며, B ≥ 25에서 기울기는 약 0.32로 수렴함을 나타내며, 이는 B ≤ 25 은하가 간행 외배경 빛의 주요 기여자임을 시사한다.
• z ≈ 4의 별 형성 은하가 수 계수에 기여하는 비율은 r-대역에서 24 ≤ r ≤ 25에서는 약 5%, 25 ≤ r ≤ 26에서는 약 3%이며, 이는 희미한 계수 초과의 주요 원인이 아니라는 것을 시사한다.
• 빛 밀도 함수의 희미한 극한 기울기는 α ≈ −1.8로 추정되었으며, HST 관측 결과와 일치하며 고적색 이동에서 늦은 형성 은하의 급격한 진화를 지지한다.
• 중간 색 변화는 r ≈ 24.5까지 파란색 방향으로 변화하는 경향을 보이며, r ≈ 25.5를 초과하면 안정화되며, 이는 수 계수의 평탄함과 모든 대역에서의 인구 수렴과 일치한다.
• 고적색 이동 은하 후보자(3.8 ≤ z ≤ 4.4)의 표면 밀도는 r < 26에서 2.7 ± 0.4 arcmin⁻²이며, 이는 복사 기준 별 형성률 밀도 10⁻¹.⁹¹ ± ⁰.⁰⁹ h³ M⊙·yr⁻¹·Mpc⁻³에 해당한다. 이는 라이만 α 방출체와 먼지가 많은 은하에 대한 선별 편향으로 하한선으로 간주된다.
• NTT 깊은 필드의 항성 밀도는 허블 깊은 필드보다 약 3배 높으며, 20%의 물체가 V−I > 3.0를 기록하고 있으며, I = 20–24 범위의 26개 항성 중 6개가 저질량 또는 갈색왜성 후보자로 간주된다.