[논문 리뷰] Overdensity of i'-Dropout Galaxies in the Subaru Deep Field: A Candidate Protocluster at z ~ 6

Kazuaki Ota, Nobunari Kashikawa외 6명|arXiv (Cornell University)|2008. 04. 22.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 1인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 스바루 심층천문대에서 z ≈ 6에서 후보 프로토클러스터를 식별하였으며, i′-드롭아웃은 37개의 은하로 과밀도를 보였고, 후속 스펙트로스코피를 통해 z ≈ 6.0에서 네 개의 Lyα 발광체를 확인하였다. 이 구조의 질량은 ~1.5 × 10¹⁵ M☉이며, 알려진 z ≈ 2–5 프로토클러스터와 유사하여 현재의 거대 은하단의 원형일 가능성이 있다.

ABSTRACT

We investigate the sky distribution of z ~ 6 Lyman break galaxies selected as i'-dropouts having i' - z' > 1.45 down to z' < 26.5 in the Subaru Deep Field (SDF). We discover 37 i'-dropouts clustered in a projected comoving 21.6 x 21.6 Mpc^2 region at z = 6, showing a local density excess. Carrying out follow-up spectroscopy, we identify four of them as Lyman-alpha emitters at z = 5.92, 6.01, 6.03 and 6.03 (spread over a distance of 46.6 Mpc). The number density of the cluster itself in SDF is ~ 2.2 x 10^{-7} Mpc^{-3}, smaller than those of protoclusters (i.e., forming galaxy clusters) at z ~ 2-5.7. Also, the structure shows ~4-21 times larger galaxy number density than those of z ~ 6 galaxies in a general field. It has a mass of M ~ 1.5^{+1.8}_{-0.5} x 10^{15}M_sun, comparable to those of z ~ 0-5 protoclusters. Since the contamination of our sample by interlopers is estimated to be quite low, 5.9%, most of the other unconfirmed i'-dropouts in the overdense region can be also z ~ 6 galaxies. Hence, it could be a candidate forming cluster at z ~ 6, representing a progenitor of galaxy clusters seen in the recent-day Universe.

연구 동기 및 목표

• 초기 우주에서 고적색변위 은하의 대규모 구조를 규명하는 것.
• z ≈ 6에서 i′-드롭아웃 은하의 과밀도가 형성 중인 은하단(프로토클러스터)을 나타내는지 조사하는 것.
• 과밀도 영역의 물리적 성질, 즉 질량, 수밀도, 항성 형성률을 규명하는 것.
• 유령 천체의 오염률을 평가하고 후보 은하의 적색편이를 확인하는 것.

제안 방법

• i′−z′ > 1.45 및 z′ ≤ 26.5 조건을 만족하는 깊은 스바루 및 케크 이미징을 이용한 i′-드롭아웃 은하의 광학적 선택.
• 공동운동 영역 21.6 × 21.6 Mpc²를 활용한 공간적 군집화 통계 분석을 통해 현장 은하와의 과밀도를 정량화.
• Keck/DEIMOS를 이용한 후속 스펙트로스코피로 선택된 i′-드롭아웃의 적색편이를 Lyα 발광체로 확인.
• 우주론적 파rameter(Ωₘ=0.3, ΩΛ=0.7, h=0.7)를 사용한 Schechter 광도 함수 및 편향 모델링을 통한 은하 수밀도 및 질량 추정.
• 질량 추정 공식 M = ρ̄V(1 + δₘ)를 적용하고, 적색편이 공간 왜곡 보정을 위해 C = [1 + f − f(1 + δₘ¹ᐟ³)]을 사용함. 여기서 f ≈ 1.
• 낮은 적색편이에서 알려진 프로토클러스터와 비교하여 이 과밀도의 진화적 의미 평가

실험 결과

연구 질문

• RQ1 스바루 심층천문대에서 z ≈ 6에서 i′-드롭아웃 은하의 유의미한 과밀도가 존재하는가?
• RQ2 과밀도 영역 내에서 스펙트로스코피로 확인된 Lyα 발광체의 적색편이는 z ≈ 6과 일치하는가?
• RQ3 과밀도 영역의 추정 질량은 얼마이며, 낮은 적색편이에서 알려진 프로토클러스터와 비교해보면 어떠한가?
• RQ4 과밀도 영역의 항성 형성률은 얼마이며, 현장과 비교해보면 어떠한가?
• RQ5 i′-드롭아웃 샘플의 유령 천체 오염률은 얼마이며, 확인되지 않은 소스 중 얼마나 많은 비율이 진짜 z ≈ 6 은하일 가능성이 있는가?

주요 결과

• z ≈ 6에서 21.6 × 21.6 Mpc² 영역 내 총 37개의 i′-드롭아웃 은하가 발견되었으며, 지역적 밀도 초과를 보이는 유의미한 과밀도를 보였다.
• 네 개의 i′-드롭아웃이 스펙트로스코피로 Lyα 발광체로 확인되었으며, 적색편이는 각각 z = 5.92, 6.01, 6.03, 6.03로, 46.6 Mpc의 투영 거리를 감안할 때 일관된 적색편이를 보였다.
• 과밀도 영역의 수밀도는 약 ~2.2 × 10⁻⁷ Mpc⁻³이며, 현장 은하 밀도보다 약 3.8배 높으며, 불완전성으로 인한 하한선이 존재한다.
• 과밀도 영역의 질량은 1.5⁺¹.⁸₋₀.₅ × 10¹⁵ M☉로 추정되었으며, 알려진 z ≈ 2–5 프로토클러스터와 유사하다.
• 밝은 외곽선을 제외한 33개의 확인된 i′-드롭아웃의 평균 항성 형성률은 11.5 M☉ yr⁻¹이며, 현장 값인 12.0 M☉ yr⁻¹과 유사하다.
• 유령 천체의 오염률은 오직 5.9%로 추정되어, 이 영역 내 확인되지 않은 i′-드롭아웃의 대부분이 진짜 z ≈ 6 은하일 가능성이 높다.